Kevlar織物在沖擊條件下的數(shù)值仿真方法研究與應用.pdf

1、為確保飛行安全，多數(shù)航空發(fā)動機均采用質(zhì)量較輕的芳綸織物纏繞金屬包容機匣結(jié)構(gòu)。為了深入地研究該結(jié)構(gòu)的包容機理和失效模式，本文研究了該包容結(jié)構(gòu)的典型材料Kevlar49織物在沖擊條件下的本構(gòu)模型、數(shù)值仿真方法及其在風扇機匣上的應用。
　?。?）從單胞結(jié)構(gòu)出發(fā)，推導了單胞結(jié)構(gòu)中的力平衡方程和描述紗線力學特性的三元件粘彈性模型。結(jié)合Kevlar49織物的幾何結(jié)構(gòu)和已知的紗線力學特性數(shù)據(jù)估計了材料模型的參數(shù)，采用單個單元拉伸和鋼珠沖擊單層織

2、物的數(shù)值仿真驗證了該材料模型的有效性和適用性，探討了織物材料模型主要參數(shù)對數(shù)值仿真結(jié)果的影響。
　?。?）開展了不同層數(shù)和張力的Kevlar織物試件的彈道沖擊試驗。結(jié)果表明：織物吸收的能量隨織物層數(shù)遞增，且兩者服從二次拋物線關(guān)系。在試驗施加張力范圍內(nèi)，小張力時，織物吸收的能量略有增長，超過50N后，織物吸收的能量有下降的趨勢。
　　（3）建立和驗證了基于單胞結(jié)構(gòu)材料模型的織物沖擊數(shù)值仿真方法，探討了網(wǎng)格密度、沙漏控制方法對計

3、算結(jié)果的影響以及單層和多層織物吸收能量的特點。結(jié)果表明：多層織物在單層織物吸收能量方式的基礎(chǔ)上引入了新的層-層摩擦耗能機制，提高了織物在撞擊后半段吸收能量的能力。
　?。?）對丟失風扇葉片與Kevlar織物纏繞金屬機匣的相互作用進行了數(shù)值仿真，分析了丟失葉片的軌跡、與機匣的相撞過程以及機匣的失效模式。結(jié)果表明：設(shè)計軟壁機匣時不僅考慮機匣與葉片的相互撞擊，還應該考慮內(nèi)機匣與纏繞織物的相互作用、內(nèi)機匣的剛度等因素。
　　本文研究