2.5D角联锁织物厚向压缩特性的实验研究

以碳纤维2.5D衬经结构织物为例,初步研究了2.5D角联锁织物厚度方向压缩特性,利用万能材料试验机测得织物厚度与压缩应力的关系。研究发现,当压缩应力小于3 MPa时,经验指数取为3的多层平纹织物压缩模型可用于2.5D衬经织物厚度与压缩应力关系估算。在4种不同压缩应力下制备2.5D衬经结构复合材料,进一步观测经向和纬向截面内经纱、衬经纱和纬纱屈曲变化情况,引用纱线段局部屈曲角分布定量表征纱线的屈曲程度。结果发现:经纱的屈曲程度最高,随压缩应力的增加,经纱的屈曲程度降低;当压缩应力超过一定范围时,经纱屈曲程度反而增加,衬经纱和纬纱基本呈伸直状态,衬经纱屈曲程度增加,纬纱伸直度增加。

弹道防护用超高分子量聚乙烯纤维增强热塑性树脂基复合材料的拉伸力学行为

以弹道防护用超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维增强热塑性树脂基复合材料作为研究对象,通过热压工艺制备单向正交结构的复合材料层压板。基于自主设计的拉伸试验装置,开展UHMWPE纤维增强热塑性树脂基复合材料在宏观尺度和准细观尺度上的面内拉伸试验,研究其面内拉伸力学性能及失效模式。研究结果显示:弹道防护用UHMWPE纤维增强热塑性树脂基复合材料在准细观尺度上的面内拉伸力学性能是其本征性能;随着偏轴角度的增加,拉伸断裂强度呈现指数型下降,这是由于失效模式由纤维的拉伸断裂破坏转变为纤维-树脂基体的界面破坏;此外,其在宏观尺度上的拉伸破坏强度比在准细观尺度上的拉伸断裂强度降低了50.52%,这是由于宏观尺度上的面内拉伸力学响应是其面内拉伸变形和层间分层破坏的耦合结果,即层压板的叠层效应。

碳化硼陶瓷/超高分子量聚乙烯复合装甲板抗12.7 mm穿甲弹侵彻过程中陶瓷的碎裂行为

陶瓷/UHMWPE复合装甲板以其轻质高强的优异性能广泛应用于弹道防护领域,其通过陶瓷的破碎与背板的变形破坏耗散弹丸动能,其中陶瓷的破碎吸能是消耗动能的主要模式。因此,分析陶瓷的碎裂过程及损伤演化特性,对优化陶瓷复合装甲的防护性能具有重要意义。本文以碳化硼陶瓷(B_(4)C)作为面板材料,超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)层压板作为背板材料,通过真空袋膜压工艺制备B_(4)C/UHMWPE复合装甲板。采用54式12.7 mm穿甲弹以弹速(488±10)m/s侵彻复合装甲板,研究复合装甲板的抗侵彻性能;基于X射线计算机断层扫描(X-ray computed tomography,CT)技术和断口形貌观察,分析复合装甲板的弹道侵彻响应机制及B_(4)C陶瓷的破碎行为和特征参数。研究结果表明:B_(4)C陶瓷的破碎区域呈现双圆台状;陶瓷的响应区域包括陶瓷板背面的超前破碎区、弹道侵彻后剩余的陶瓷板、弹丸正下方的碎片-完全粉化区;B_(4)C陶瓷内的自由面锥角与复合装甲板的抗穿甲弹侵彻性能存在明显正相关性;B_(4)C/UHMWPE复合装甲板的响应过程包括冲击波传播过程及诱导陶瓷内自由面生成、B_(4)C陶瓷的破碎过程、UHMWPE层压板的压缩-剪切-拉伸的耦合过程。