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。

碳纤维增强环氧树脂三维编织/单向织物混杂复合材料力学性能

为研究层间混杂碳纤维三维编织/单向(3D/UD)织物增强环氧树脂复合材料的力学性能,采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)成型工艺制备混杂复合材料层合板,通过试验研究分析了不同混杂比、铺层角度以及铺层顺序对混杂复合材料静、动态力学性能的影响。结果表明,单向碳纤维的加入显著提高了混杂复合材料的层间静态力学性能,其层间剪切性能随织物铺层分散性的增加而提升。而随着UD织物铺层比例的增加,混杂复合材料的弯曲性能和储能模量先升高后降低,压缩性能则不断下降。单向碳纤维的铺层角度对混杂复合材料力学性能的影响也较大,0°单向铺层混杂复合材料的静、动态力学性能均优于30°单向铺层混杂复合材料;在相同混杂比下,铺层顺序的不同对混杂复合材料的力学性能也有较大影响,0°单向铺层的三明治结构U6/3D/U6,其弯曲强度和弯曲弹性模量最高,分别为1210 MPa和117 GPa。此外,混杂复合材料3D编织层的失效以丝束与树脂的界面破坏为主,而单向层的失效以纤维断裂和分层破坏为主,不同的失效形式导致了混杂复合材料力学性能的差异。

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。

碳纤维/PBO纤维层间混杂复合材料性能

分别采用HTA-P30碳纤维、T800碳纤维与PBO纤维进行了层间混杂,研究了不同的混杂比、不同性能的碳纤维以及不同的粘接界面对PBO/碳纤维复合材料的拉伸性能和层间剪切性能的影响。试验结果表明,T800与PBO纤维混杂后,复合材料的强度表现出混杂负效应,而模量和层间剪切强度表现出混杂正效应,且均随混杂比的增大而降低。PBO纤维经过表面处理后,提高了混杂复合材料的弱界面层粘结性能,从而强度、模量、层间剪切强度的混杂效应系数均有不同程度的增大,尤其是层间剪切强度的混杂效应系数提高程度很大,并且与纤维的表面状态密切相关。随着PBO纤维的混入,可降低复合材料性能的分散性(离散系数),提高质量可靠性。

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。

层间混杂叠层复合材料的最终拉伸破坏(Ⅰ)应力集中分析

基于Ｚｗｅｂｅｎ［１］的剪滞假设，提出一种修正的剪滞分析模型，研究了层间混杂复合材料低延伸层的断裂、层间界面破坏及高延伸层中部分纤维断裂相互作用所导致的细观应力重分布，讨论了层间界面破坏对高延伸纤维中的应力集中因子的影响，为层间混杂叠层复合材料最终拉伸破坏的细观统计分析提供理论依据。

超混杂复合材料及Ti/CFRP层间混杂复合材料

从当前航空航天技术对结构材料的力学性能及其综合性能的要求出发，介绍了超混杂复合材料的概念、研究目的和研究结果，并与国内外其他复合材料相比较，指出Ti／CFRP层间混杂复合材料是一种性能优良的新型结构材料。

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。

碳/亚麻纤维混杂复合材料层间断裂韧度

为提升碳纤维增强复合材料的抗分层能力,将亚麻纤维引入碳纤维增强复合材料,制备碳/亚麻纤维混杂复合材料。采用双悬臂梁实验和端部缺口梁弯曲实验研究碳/亚麻纤维混杂复合材料的层间断裂韧度,并与碳纤维增强复合材料进行对比,用扫描电子显微镜观察材料断裂表面微观形貌。结果表明:碳/亚麻纤维混杂复合材料的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧度与碳纤维增强复合材料相比分别提高了250%和23.86%;碳纤维增强复合材料断裂面上碳纤维表面较为光滑,说明其与树脂结合能力较差,导致较低的层间断裂韧度,而碳/亚麻纤维混杂复合材料的层间断裂面发现亚麻纤维单根纤维断裂、剥离、缠结,亚麻微纤丝剥离、缠结及亚麻微纤丝与碳纤维缠结等多尺度模式破坏。由多尺度结构亚麻纤维带来的多尺度模式破坏在裂纹扩展过程中消耗较多能量,即为碳/亚麻纤维混杂复合材料层间断裂韧度的提高机理。

C/G混杂复合材料层合板中分散程度的表征方法研究

对C/G混杂复合材料层合板进行了分类,对层间混杂方式分散度的定量和定性表征方法做了总结和分析。提出了一种同时适用于表征层间和单向层内混杂复合材料层合板分散程度的表征方法。既解决了单纯以混杂比描述混杂复合材料各增强组分与力学性能关系的不足,又可以同时适用于层间和单向层内混杂复合材料分散程度的表征。

混杂复合材料泡末夹层结构在某导弹发射箱盖中的应用研究

本文研究了混杂复合材料泡沫夹层结构在某型导弹发射箱盖中的应用,讨论了设计原理、分析方法和制作方法,着重讨论了混杂复合材料的层间强度分析原理和泡沫材料剪切模量的试验测定方法.

CF/UHMWPEF混杂复合材料的力学性能研究

本文对不同铺层方式的碳纤维(CF)和高强聚乙烯纤维(UHMWPEF)混杂复合材料的力学性能进行测试,同时对UHMWPEF表面处理前后的混杂复合材料性能进行了比较。实验结果表明,经表面处理的UHMWPEF与碳纤维以(CF)0/(CF)0/(UHMWPEF)/(CF)0/(CF)0方式进行层间混杂时,其复合材料的力学性能较好。

3D混杂梯度结构碳/碳复合材料微观结构和性能研究

采用Z-PIN与粘胶基碳纤维毡、粘胶基碳纤维平纹织物、聚丙烯氰基碳纤维平纹织物制备了3D混杂梯度纤维预制体,多相碳素基体经丙烯等温化学气相渗透(ISO-CVI)和煤焦油沥青高压浸渍碳化(HPIC)复合工艺制备,分析研究了多相碳素基体的组织特征、Z向增强体对粘胶基碳纤维织物碳/碳复合材料(RCC)和聚丙烯氰基碳纤维织物碳/碳复合材料(ACC)层间性能的影响以及失效模式.碳基体的微观组织结构为各向同性层、光滑层和粗糙层多相复合体,粘胶基碳纤维表面和聚丙烯氰基碳纤维表面沉积碳的微观组织存在差异性.采用高密度Z-PIN增强体可提高层间性能40%～60%.失效模式为层间和纤维束内裂纹扩展,基体组织和纤维类型对层间性能的影响很小.

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。

论我国发展无石棉摩阻复合材料的途径

本文分析了无石棉摩阻复合材料研究的必要性及国外研究动态后,对我国摩阻材料增强纤维采用的玻纤、碳纤维、有机纤维、kevlar纤维、钢纤维和矿纤维作了各种比较试验,并论述了采用的可能性及现实性,提出在现阶段应当采用软玻璃纤维、碳纤维预氧丝、混杂纤维来研制中国的无石棉摩阻复合材料。

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。

纤维混杂铺层对无伞空投箱抗冲击性的影响

目的 对无伞空投箱所用的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维/环氧树脂体系纤维混杂铺层的复合材料层合板进行研究,以在低成本下提高实现效果。方法 复合材料层合板分为10层,采用层间混杂结构,通过改变混杂比、铺层角度及铺层顺序,设计148种铺层方案,利用ANSYS–APDL软件分析3种参数变量对层合板拉伸性能及抗弯性能的影响。结果 沿主要受力方向铺设纤维,碳纤维层在外侧、玻璃纤维层集中在中心,且玻璃纤维层体积分数为40%时,材料具有最高的性价比。结论 针对混杂纤维复合材料层合板,通过调整混杂比得出碳/玻璃混杂纤维复合材料性能较好,通过调整铺层角度得出纤维铺设角度越接近受力方向其性能效果越好,通过调整铺层顺序得出不同混杂比、铺层角度下的最佳性能结构。

层间混杂复合材料板的拉伸强度预报

采用更为合理的分散度系数表达式改进了玻/碳层间混杂复合材料板断裂应变混杂效应系数公式,结合该混杂效应系数公式与复合材料强度混合定律,提出了层间混杂复合材料单向板的拉伸强度预报方法。将该混杂效应系数公式引入复合材料多向板渐近损伤有限元分析模型,修正了低延伸率纤维单层板的拉伸强度值,在此基础上提出了层间混杂复合材料多向板拉伸强度预报方法,并讨论了刚度退化方案。结果表明,模型预报值与实验均吻合较好,尤其考虑混杂效应的预报值与实验情况更加接近;基体退化系数大的刚度退化方案与实验更为吻合。

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。

应变率及CCVC界面层对CALL材料拉伸性能的影响

用自行研制的旋转盘式杆杆型冲击拉伸装置实施了ＣＦＲＰ／Ａｌ超混杂复合材料（ＣＡＬＬ）以及带有ＣＣＶＣ界面层的ＣＡＬＬ冲击拉伸加载及加卸载试验；用岛津试验机测定了它们的准静态拉伸及层间剪切性能材料在准静态拉伸时，应力－应变曲线无明显的屈服点，呈脆性断裂；而冲击拉伸时，应力－应变曲线有明显屈服点，呈脆－韧性断裂，动态失稳应变是准静态的３—４倍无论是准静态拉伸还是冲击拉伸，ＣＡＬＬ均存在明显的正混杂效应；ＣＡＬＬ（ＣＣＶＣ）层间剪切强度比ＣＡＬＬ约高１０％；在同一应变率下，ＣＡＬＬ（ＣＣＶ）的拉伸强度及失稳应变均比ＣＡＬＬ高．文中详细讨论以上试验现象。