高速钢质破片侵彻高强聚乙烯纤维增强塑料层合板试验研究

研究了3.3 g立方体高速钢制破片对不同厚度的高强聚乙烯纤维模压层合板的侵彻。根据弹道试验结果和理论分析进一步确定了弹道极限速度vBL与面密度ρad的线性关系;又将剩余速度vr的经验关系式中的相关参数表示为ρad的函数,得到了vr与aρd的经验关系式。经验关系式的预测值都与试验结果有较好的吻合,可以将此经验公式用于对立方体破片侵彻高强聚乙烯纤维层合板剩余速度和弹道极限速度的预测。

高强聚乙烯层合板抗破片模拟弹侵彻性能数值分析

[目的]旨在探究破片侵彻作用下高强聚乙烯(UHMWPE)纤维增强层合板的毁伤响应过程、失效模式转变和能量吸收特性。[方法]采用有限元软件ANSYS/AUTODYN,建立UHMWPE层合板抗破片侵彻数值模型,分析UHMWPE层合板的失效模式转变和能量吸收特性。[结果]破片侵彻作用下UHMWPE层合板的动态响应过程大致可以分为剪切冲塞阶段和拉伸变形阶段。破片入射速度和靶板厚度会直接影响靶板的能量吸收特性。靶板厚度越大,剪切冲塞模式占比越大。在靶板厚度不变的情况下,随着破片侵彻速度的提高,剪切冲塞模式占比越来越大,最终趋于稳定。在破片弹道极限速度以上初始小范围内,靶板吸能随破片入射速度增大有所减小,随后破片速度继续增加会扩大靶板剪切冲塞破坏范围,导致靶板整体吸能量增加。[结论]基于所建立的数值模型能够较好地模拟破片侵彻作用下UHMWPE层合板的动态响应过程,可以为UHMWPE材料在弹道防护领域的应用提供参考。

高强钢/CFRP多层复合板的三点弯曲性能分析

为了提高QP985高强钢的力学性能,选择热冲压方法来实现QP985高强钢与碳纤维增强复合材料(CFRP)的复合,并开展多层复合板三点弯曲试验。试验结果表明:与没有CFRP的钢板试样相比,铺设2层与4层CFRP试样的最大位移减小了10.12%与19.29%,吸收能量增大了4.76%与7.18%,弯曲角降低了22.49%与25.64%;CFRP可以起到明显的增强作用。

超高分子量聚乙烯纤维层合板抗侵彻性能的一种数值分析方法

为了准确模拟和预测超高分子量聚乙烯纤维层合板(ultrahigh molecular weight polyethylene laminate,UHMWPEL)的抗侵彻性能,将UHMWPEL离散为若干正交各向异性的单层板及若干黏结界面层分别建模;继而基于ABAQUS/Explicit求解器进行用户动态材料子程序二次开发,单层板损伤起始准则采用应力耦合的3D Hashin准则,黏结层损伤起始准则采用拉剪耦合的二次应力准则,二者均采用双线性材料本构模型及基于等效应力和断裂韧性的损伤演化方法;发展了一种适用于三维复合材料层合板抗侵彻分析的有限元计算方法。基于该方法计算预测了典型的10 mm和20 mm厚UHMWPEL在楔形钢质破片模拟弹(FSP)在不同初始速度冲击侵彻作用下的损伤破坏状态和FSP残余速度。计算结果表明,与已有试验相比,10 mm和20 mm厚的UHMWPEL弹道极限速度(v50)预测误差分别为0.6%和11.3%,FSP各残余速度数值计算误差均小于14.2%;UHMWPEL的损伤破坏过程表现出先冲切破坏和局部鼓包,继而大范围鼓包、大面积分层以及纤维拉伸破坏的两阶段特性,与已有试验的观测现象相吻合,验证了本文计算模型和方法的可靠性。

高强聚乙烯层合板抗侵彻性能

以世界上较为通用的破片模拟弹作为高强聚乙烯层合板的防御对象,利用高速摄影技术得到了破片的具体侵彻过程,并通过弹道试验,得到了弹道极限和剩余速度的试验值。试验后的靶板变形模式和吸能机理表明:高强聚乙烯层合板在弹道极限附近的防护效率最高。根据试验结果拟合得到了不同面密度下的靶板弹道极限和剩余速度的经验公式,并比较了经验公式和经典公式计算值与试验结果,前者与试验结果吻合较好。

超高分子量聚乙烯纤维增强层合厚板抗弹性能实验研究

研究了四种不同面密度的超高分子量聚乙烯纤维增强层合板(UFRP)的抗高速立方体破片侵彻的能力,并比较了四种不同面密度UFRP的吸能情况。实验结果表明,UFRP薄板和厚板的弹道极限与面密度表现出不同的关系;UFRP正面出现了垂向层状剥离带,而UFRP薄板背面出现了水平层状剥离带,UFRP厚板则未见剥离带出现;高速破片冲击UFRP厚板时,应考虑破片镦粗变形对UFRP厚板吸能以及变形模式的影响。

超高分子量聚乙烯纤维增强中空蜂窝模压复合材料性能研究

为研制车船等壳体所用的轻质、高强复合板材,选用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)短纤维纱,制备成单层经纬为120根/(10 cm)的平纹组织,采用多组经纱持续更替交织层的方法制成2L(1+0)型、4L(2+1)型、6L(3+2)型3种多层角联锁结构织物,采用扦插芯棒、模压成型方法制成菱形蜂窝状的热固性环氧树脂基中空板,并与2块真空吸液法制成的面板组成“三合一”复合板,同时测定了复合板材的结构特征及其平拉、平压和弯曲性能。结果表明:3种类型复合板的密度均远小于水的密度,其中6L(3+2)型最小,为0.48 g/cm^(3);复合板层数越多,环氧树脂越难渗透尤其是在中空板菱形交叉点处,复合板平拉、平压、抗弯曲强度则呈现递增,制成的6L(3+2)型复合板试样平压强度可达到1.03 MPa。

铺层混杂对复合材料层压板侵彻性能的影响

本文利用MTS和冲击侵彻测试装置 ,研究了由芳香族聚酰胺纤维、高强聚乙烯醇纤维制成的织物通过不同铺层方式与酚醛 PVB树脂复合的层压板的准静态和冲击侵彻性能。结果表明 ,芳香族聚酰胺织物层的加入能显著提高高强维纶织物树脂复合材料层压板的准静态侵彻刚度。随着芳纶混杂体积分数的提高 ,铺层混杂复合材料层压板的准静态侵彻阻力、穿孔能量 (或单位面密度穿孔能量 )将随之增加。从防护装具性能 重量比和性能 价格比的角度考虑 ,在芳香族聚酰胺与高强聚乙烯醇织物铺层混杂复合材料层压板中 ,高强聚乙烯醇纤维混杂体积分数可以确定为 2 0