3D打印连续苎麻纤维增强聚乳酸复合材料的准静态侵彻性能

传统成型工艺制造的合成纤维增强复合材料逐渐无法满足低成本、快速制造、环境友好等要求。因此,选取连续苎麻纤维增强聚乳酸(PLA)基生物质复合材料,采用原位浸渍3D打印工艺成型不同铺层方式的样件。利用准静态侵彻测试评估了铺层方式、支撑跨距与冲头直径比(跨距比)及增强材料对侵彻性能的影响,并通过背光法实时监测侵彻过程中复合材料的损伤行为。结果表明,连续苎麻纤维的加入使样件的侵彻强度提升了51.5%(单向)和52.9%(正交);正交铺层的复合材料样件与单向铺层相比,吸收的能量和最大侵彻力分别提升了24.9%、13.1%;打印样件的侵彻力和能量吸收能力随着跨距比的降低而显著增加,跨距比为10时的正交铺层复合材料与跨距比为5时相比,强度提升了202.4%。最后通过样件的多尺度失效特征分析及侵彻机理研究,揭示了3D打印生物质复合材料的铺层结构-侵彻性能的关系。

织物-树脂复合材料层压板的准静态侵彻机理

本文利用MTS得到了芳纶和高强维纶织物复合材料层压板受尖头侵彻体穿孔的准静态侵彻曲线 ,比较和分析了不同类型纤维集合体与热固性树脂和热塑性树脂复合材料的破坏模式 ,并考察了芳纶织物复合材料层压板侵彻的逐步破坏过程 ,揭示了复合材料层压板的准静态侵彻机理。

填经纱对三维角连锁结构复合材料准静态侵彻性能的影响

为研究填经纱对三维角连锁结构增强复合材料准静态侵彻性能的影响,以玻璃纤维为原料制备4种经向截面结构具有不同填经纱层数的三维角连锁结构机织物,并以真空辅助成型工艺获得复合材料,采用集中准静态压痕试验方法获得侵彻位移载荷、位移瞬时能量吸收量曲线,分析材料在准静态侵彻下的力学响应历程及特性。结果表明,在立体织物的经向增加填经纱,各组填经纱在复合材料的位移瞬时能量吸收量曲线中均对应有明显的能量吸收区,使复合材料所能承受的最大侵彻载荷和能量吸收能力增加,但复合材料的破坏位移却减少。

三维编织复合材料抗侵彻性能——准静态侵彻实验与弹道侵彻有限元计算的对比

用钢制圆柱锥体对四步法三维编织芳纶/环氧复合材料在MTS材料试验机上作准静态侵彻测试,得到准静态侵彻载荷一位移曲线,并由此计算得到侵彻功一位移曲线。在对复合材料侵彻破坏的细观观测中发现,复合材料主要以拉伸断裂方式为主并在受侵彻面伴有压缩和剪切破坏。由于弹道侵彻破坏很难测量侵彻过程中的侵彻功随侵彻位移的变化,这里用有限元程序LS-DYNA960并结合由准静态得到的破坏判据、复合材料力学性质常数模拟动态侵彻,对比准静态侵彻功一位移曲线和弹道侵彻模拟曲线,两者有较好的一致性,表明用该类复合材料的准静态侵彻性能模拟弹道侵彻性能有一定的可行性。

Kevlar层合材料准静态侵彻特性实验研究

利用MTS 81 0材料试验机开展Kevlar纤维层合板准静态侵彻特性的实验研究 ,着重分析侵彻载荷 位移曲线以及层合板的破坏模式 ,比较了侵彻体的头部形状以及层合板的纤维铺设方式对载荷 位移曲线和破坏模式的影响 .实验结果表明 ,准静态侵彻下 ,层合板整体弯曲变形非常显著 ,是其吸能的主要模式 ;纤维铺设方式的差异使得织物铺层板的整体弯曲变形远高于角度铺层板 ,因此具有更好的抗侵彻能力 ;弹形对层合板的破坏模式有明显影响 。

不同结构纺织复合材料准静态侵彻实验分析及有限元模拟

本文研究了两种不同结构三维结构纺织复合材料——三维正交机织玻璃纤维/不饱和树脂复合材料和双轴向纬编针织玻璃纤维/不饱和树脂复合材料在MTS材料试验机上的准静态侵彻测试。以纯铝MTS实验数据为标定,分析了准静态侵彻载荷—位移曲线及其破坏机理,比较了不同结构纺织复合材料以及纯铝的位移—载荷曲线,由此计算得到位移与吸能关系曲线。同时根据复合材料各自织物中纤维束排列及织物成型特点,分别建立了复合材料的细观结构模型和单胞模型。编写用户子程序(VUMAT),用ABAQUS软件进行了有限元模拟。结果表明:三维纺织复合材料各自损伤结果和载荷—位移曲线与实验结果吻合较好,证明有限元的有效性。三维正交结构复合材料抗侵彻能力优于双轴向纬编针织复合材料,但是破坏过程中其抗侵彻能力幅值变化差异大,没有针织复合材料抗侵彻能力稳定。

层压复合材料靶板的准静态侵彻性能研究

利用MTS测试系统对层压复合材料靶板的准静态侵彻性能进行了试验。考察了Twaron、PVA(TS)、PVA(TP)3种靶板的靶板阻力和穿孔能量与靶板厚度或面密度的关系;对不同厚度层压板构成的靶板组合体的测试结果表明:靶板中分层的存在,将降低靶板的最大侵彻阻力和能量吸收能力,预置分层的靶板结果却有所不同,主要原因是由于两者对侵彻的响应行为有很大差异;试样的尺寸对准静态侵彻过程中能量的吸收有着很大的影响,证实了靶板的整体响应是能量吸收的重要途径。

纬编针织物刺物准静态侵彻线圈扩张长度分析

通过纬编针织物刺物准静态侵彻实验和线圈滑移长度分析系列实验,对单面纬编针织物刺物穿刺过程中的线圈纱线滑移扩张进行研究,分析线圈纱线扩张长度的大小、影响因素和计算方法,其结果可作为研究建立纬编针织物穿刺响应计算模型的基础。

双轴向纬编针织复合材料准静态侵彻性能及有限元模拟

本文使用双轴向纬编针织复合材料,利用MTS得出材料准静态侵彻实验的载荷-位移曲线,并计算得出侵彻功-位移曲线。运用有限元方法,模拟整个破坏过程,通过计算得出理论上的载荷-位移曲线和侵彻功-位移曲线。将模拟结果与实验结果进行比较,表明两种分析结果具有较好的一致性,并揭示双轴向纬编针织复合材料准静态侵彻机理。