陶瓷/纤维层间混杂复合材料弹体冲击过程的数值分析

为指导陶瓷/纤维层间混杂复合材料结构设计,基于ABAQUS/Explicit建立其弹体冲击数值模型,分析弹体速度、加速度、能量变化以及复合材料的应力分布和损伤过程,揭示抗冲击机理。结果表明:0~3μs弹体速度急剧下降,加速度急剧上升;0~14μs陶瓷阻止弹体,弹体能量损耗;随后,纤维对弹体起吸能作用,弹体速度平稳下降,加速度大幅度下降且处于波动状态。甲板上应力沿X、Y方向对称分布;0~14μs甲板出现纤维断裂和裂痕;20~25μs陶瓷板完全破损;30μs,甲板被击穿。

GFRP/CFRP层间混杂纤维复合材料极限拉伸性能

采用单向拉伸试验,研究了5种GFRP/CFRP混杂比,4种层间混杂铺设方式,及3种结构胶对GFRP/CFRP层间混杂纤维纵向极限拉伸性能的影响,分析了GFRP/CFRP层间混杂复合材料拉伸性能改善机理。试验结果表明:GFRP/CFRP层间混杂纤维复合材料显著改善了单一复合材料拉伸弹脆性特性,具有明显的屈服台阶;当CFRP体积份数为0.29~0.45,GFRP/CFRP层间混杂材料具有良好的变形性能和强度特性。

陶瓷/纤维层间混杂复合材料设计制作及抗弹体冲击性能测试

掩体作为战场中指挥、防御、观察、射击的综合性军事工事,其观察口为薄弱点,防护能力的大小关系着其内部人员是否安全。本文以防护轻武器为设计目标,设计、制作一种纤维/陶瓷层间混杂复合材料,并对其防弹能力进行测试。首先,基于显式有限元软件ABAQUS/Explicit,建立弹体冲击纤维/陶瓷层间混杂复合材料防护甲板的数值模型,研究混杂纤维与同种纤维、混杂纤维的不同比例及纤维的铺设角度对复合材料防护甲板抗冲击性能的影响。结果表明:两种纤维混杂且混杂比例为0.3~0.7、纤维铺设角度为:0°/30°/60°/90°/-60°/-30°/0°时防护效果最好。其次,根据模拟结果,利用缠绕成型和手糊工艺相结合的方式将高强玻璃纤维S-2/TDE-85环氧树脂复合材料层合板、SiC陶瓷及凯芙拉49纤维/TDE-85环氧树脂复合材料层合板依次堆叠,制作纤维/陶瓷层间混杂复合材料防护甲板试件。最后,利用改进的霍普金森压杆装置进行防护甲板的弹体冲击试验。结果表明:设计的防护甲板能够抵挡住平均速度为500 m/s子弹的贯穿,与理论计算的结果相符合。

混杂碳/玻纤维复合材料自行车轮辋的铺层优化分析及抗疲劳验证

对碳纤维/玻璃纤维层间混杂复合材料自行车轮辋进行数值优化分析,能够设计出具有价格适中、安全性能高、耐疲劳等特点的自行车轮辋。借助有限元分析对自行车轮辋模型进行服役状态下的力学行为模拟,能够为试验研究提供相对可靠的方案,减少试验过程中不必要的原料浪费,从而降低整个复合材料轮辋的设计和制备成本。本文通过ABAQUS软件构建了自行车轮辋模型,通过调整碳纤维预浸布铺层和玻璃纤维预浸布铺层的顺序、各铺层角度比例和顺序,计算轮辋在服役状态下的力学性能,通过比较各方案得到较优的设计方案。5万次加速疲劳测试结果表明:采用优化后的自行车轮辋侧壁铺层方案及凸缘铺层方案指导复合材料轮辋的制备,可以显著提高复合材料自行车轮辋的抗疲劳能力。

层间混杂复合材料装甲板防弹性能及其防弹机制

为研究层间混杂复合材料装甲板的防弹性能及其防弹机制,采用钢芯弹侵彻层间混杂复合材料装甲板。以超高分子量聚乙烯(Ultra high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维、对位芳香族聚酰胺纤维作增强纤维,水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane,WPU)树脂和环氧树脂(Epoxy resin,EP)作基体,采用热压工艺制备单向(Unidirectional,UD)结构的层间混杂复合材料装甲板。研究混杂比例、防弹面和树脂基体对混杂复合材料装甲板防弹性能的影响以及弹击后混杂复合材料装甲板的破坏形貌,分析混杂复合材料装甲板的防弹机制,并对复合材料装甲板的破坏机制进行了分析。结果表明:混杂复合材料装甲板的防弹性能优于其任一单一纤维复合材料装甲板;WPU的防弹性能要优于环氧树脂;以UHMWPE纤维复合材料充当防弹面时,混杂复合材料装甲板具有更好的防弹性能;纤维拉伸变形和装甲板分层是纤维复合材料装甲板主要的吸能方式。

Kevlar/UHMWPE混杂纤维复合材料抗弹性能

研究芳纶/超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene,简称“UHMWPE”)纤维层间混杂复合材料对防弹性能的影响,采用LS-DYNA非线性动态显式有限元软件对不同迎弹面及不同混杂比的复合材料进行理论分析,模拟弹头侵彻层间混杂复合材料靶板的过程,得出复合材料的应力和变形演化图。通过实验验证迎弹面以及混杂比对防弹性能的影响,研究纤维的断裂形貌,进一步分析靶板的破坏机理。结果表明:以芳纶纤维作迎弹面时混杂复合材料防弹性能较好,且混杂比为1∶2时复合材料整体防弹性能可进一步提升。

层间混杂层合板弹道冲击损伤对比研究

降低树脂基碳纤维层合板的弹道冲击损伤范围对降低飞行器的易损性有重要意义。分别对表面铺覆玻璃纤维和芳纶纤维构成层间混杂的复合材料层合板进行气炮冲击试验,运用超声无损检测方法测量层合板的弹道冲击损伤范围,并进行对比研究。结果表明:与非混杂层合板相比,给碳纤维层合板表面铺覆玻璃纤维或芳纶纤维均可减小弹道冲击穿透性损伤的范围,混杂玻璃纤维效果更好,但混杂界面均容易发生大范围分层损伤,应避免将玻璃纤维等韧性铺层铺覆在冲击背面。

CFRP/GFRP层间混杂纤维复合材料单向拉伸试验研究

通过单轴拉伸试验研究了CFRP/GFRP(碳纤维增强纤维复合材料/玻璃纤维增强复合材料)层间混杂纤维复合材料的拉伸力学性能,根据极限拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率及破坏模式的试验结果分析了CFRP/GFRP的层间合理匹配形式。

CFRP/GFRP层间混杂约束混凝土圆柱强度和延性性能试验研究

设计了不同铺层方式、铺层厚度的CFRP/GFRP约束混凝土圆柱,采用单轴压缩试验研究约束柱的强度和延性性能,给出了约束柱的强度公式。研究表明,CFRP/GFRP约束混凝土柱改变了单一FRP约束混凝土柱破坏时的脆性特征,约束柱的强度和延性显著改善。

GFRP/CFRP-混凝土界面剪切性能

设计GFRP／CFRP-混凝土搭接双剪试验，研究了界面糙化方式、界面剂种类以及界面形成过程中的压力和温度对GFRP／CFRP层间混杂纤维复合材料-混凝土界面剪切性能的影响，并分析了各种因素的影响机理．结果表明：界面化学糙化（酸化）方式可提高界面的机械锚固性能，但降低了固化剂活性，界面剪切强度较物理糙化方式降低29％；1．5％（质量分数）KH550（硅烷偶联剂）界面剂能显著改善GFRP／CFRP-混凝土界面粘接性能，用其粘接的界面剪切强度较用普通E44环氧树脂界面剂提高66％；GFRP／CFRP-混凝土界面剪切强度随固化压力的增加先增加后减少，0．05MPa固化压力下界面剪切强度最优；常温范围内（15～45℃），固化温度对GFRP／CFRP-混凝土界面剪切强度影响不大，但当温度低于15℃时界面的剪切性能急剧降低，且升温后界面剪切强度仍较常温固化试件差．