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《中国科学技术大学》 2018年
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超高分子量聚乙烯防弹性能和泡沫镍屏蔽性能研究

何杰  
【摘要】:轻质抗冲击和电磁防护围护结构材料是基站和方舱的紧迫需求。在轻质化抗冲击材料方面,凭借高比强度和高比模量等优点,纤维增强层合板正受到越来越多的关注。其中,超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)被认为是兼具抗冲击和轻质化特性的绝佳材料,其力学和抗冲击性能的研究已广泛开展。模拟弹射击和仿真模拟是较为常用的研究手段,前者可以直接获得纤维层合板弹道极限,并能直观分析纤维失效模式,后者可以分析弹头形状和速度、层合板厚度和铺层方式等因素对防弹性能的影响。相较于ANYSIS等仿真软件,以能量守恒和动力学为基础的分析模型也得到普遍应用。分析模型不需要大量的输入参数,计算速度也更具优势。因此,本文基于分析模型开展对纤维层合板防弹性能的研究。首先依据能量守恒定律和动力学原理分别建立了碳纤维层合板和UHMWPE纤维层合板的防弹分析模型。计算结果表明,在弹丸形状和入射速度相同时,因具有较高的比强度和比模量,UHMWPE纤维层合板抵御弹丸侵彻所需厚度较薄。进一步分析UHMWPE纤维层合板在侵彻过后背板形态的变化发现,在入射速度低于弹道极限时,背板横向形变量随入射速度增加而增加,当入射速度高于弹道极限时,背板横向形变量随入射速度增加而减小。此外,为分析平头弹与尖头弹在侵彻过程中能量损耗的区别,建立了尖头弹二段侵彻模型,尖头弹二段失效模式得到实弹测试验证。计算结果表明,与平头弹相比,层合板对尖头弹的抵御较弱,并且尖头弹的拉伸失效耗能占比高于平头弹。在电磁防护领域,低频磁屏蔽一直是研究的热点和难点,常采用铁磁合金、不锈钢等致密性材料。但考虑到实际工程应用中对通风散热和轻质化的要求,泡沫金属正逐渐受到关注。其在高频电磁屏蔽领域被证实有较高的屏蔽效能,但对泡沫金属在低频磁屏蔽领域的研究报道较少。我们以泡沫镍为研究对象,开展了泡沫结构低频磁屏蔽性能的研究。分别以铜箔和玻莫合金作为高导电和高导磁材料代表,采用解析法计算了 10~500 kHz频段涡流削弱和通量分流对屏蔽效能的贡献。结果表明,仅考虑涡流削弱效应得到的屏蔽效能值与亥姆霍兹线圈测试结果符合得较好。据此,我们仅考虑该效应,构建了平板型泡沫镍材料的屏蔽模型,将泡沫镍等效成一组线圈,假设涡流沿线圈构成的导电通道流动。实验和理论结果均表明,随着泡沫镍平均孔径的减小,材料内导电通道数量增加,屏蔽效能相应提高。此外,分析结果还表明,与相同面密度的均质金属镍带材相比,泡沫镍屏蔽效能不具优势,但开孔泡沫结构特性使其在一些既需屏蔽又需通风和散热的场合有较大应用价值。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ342.61

【参考文献】
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1 陈长海;朱锡;王俊森;侯海量;唐廷;;高速钝头弹侵彻中厚高强聚乙烯纤维增强塑料层合板的机制[J];复合材料学报;2013年05期
2 黄晓莉;武高辉;张强;姜龙涛;陈翔;;开孔泡沫Fe-Ni的电磁屏蔽性能[J];稀有金属材料与工程;2010年04期
3 王晓强;朱锡;梅志远;陈昕;;超高分子量聚乙烯纤维增强层合厚板抗弹性能实验研究[J];爆炸与冲击;2009年01期
4 梅志远;朱锡;张立军;;FRC层合板抗高速冲击机理研究[J];复合材料学报;2006年02期
5 胡晓兰,王东,石毓锬,梁国正;用于人体防护装甲的纤维复合材料的研究[J];纤维复合材料;2000年02期
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1 辛士红;纤维增强树脂基复合材料层合板抗侵彻性能数值模拟研究[D];中国科学技术大学;2015年
【共引文献】
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1 郑折;李晓彬;霍契机;;圆柱形破片侵彻纤维增强复合材料三明治板的弹道极限模型[J];振动与冲击;2018年08期
2 杨光猛;赵美英;万小朋;;平纹编织复合材料层板高速冲击损伤机理研究[J];玻璃钢/复合材料;2018年04期
3 李典;侯海量;朱锡;陈长海;李茂;;舰船装甲防护结构抗弹道冲击的研究进展[J];中国造船;2018年01期
4 方志威;黄晓明;侯海量;李茂;李永清;朱锡;;夹芯式复合结构抗高速破片侵彻性能试验[J];工程塑料应用;2018年02期
5 刘坤;吴志林;宁建国;任会兰;李忠新;;手枪弹对带软防护的明胶靶标侵彻机理与实验研究[J];兵工学报;2018年01期
6 吴素君;解晓伟;晋会锦;薛佳;;纤维金属层板力学性能的研究现状[J];复合材料学报;2018年04期
7 苗莉莉;王晓茹;石阳;崔玉舸;张新;;铸造泡沫铝合金压缩性能及电磁屏蔽性能[J];兰州理工大学学报;2017年05期
8 李茂;侯海量;朱锡;黄晓明;李典;陈长海;胡年明;;结构间隙对芳纶纤维增强复合装甲结构抗侵彻性能的影响[J];兵工学报;2017年09期
9 谷卫敏;刘齐文;刘立胜;张江涛;苏伯阳;段青枫;;湿热环境对碳纤维/环氧复合材料的冲击破坏特性影响[J];玻璃钢/复合材料;2017年06期
10 赵旭东;高兴勇;刘国庆;;装甲防护材料抗侵彻性能研究现状[J];包装工程;2017年11期
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1 邬志华;颗粒填充纤维增强复合材料动态力学性能及其夹芯结构抗撞击性能研究[D];国防科学技术大学;2016年
【二级参考文献】
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1 王晓强;朱锡;梅志远;;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[J];兵工学报;2009年12期
2 王晓强;朱锡;梅志远;陈昕;;超高分子量聚乙烯纤维增强层合厚板抗弹性能实验研究[J];爆炸与冲击;2009年01期
3 古兴瑾;许希武;黄晶;;层合复合材料薄板高速冲击损伤研究[J];南京航空航天大学学报;2008年03期
4 韩丽;高世桥;;混凝土靶体尺寸对过载影响的数值研究[J];计算机仿真;2007年06期
5 梅志远;朱锡;张立军;;FRC层合板抗高速冲击机理研究[J];复合材料学报;2006年02期
6 顾冰芳;龚烈航;徐国跃;;UHMWPE纤维复合材料防弹机理和性能[J];纤维复合材料;2006年01期
7 张晓晴,杨桂通,黄小清;柱形平头弹体墩粗变形的理论分析[J];华南理工大学学报(自然科学版);2005年01期
8 梁子青,周庆,邱冠雄,王涛;超高分子量聚乙烯纤维防弹复合材料的研究[J];天津工业大学学报;2003年02期
9 胡昌明,贺红亮,胡时胜;45号钢的动态力学性能研究[J];爆炸与冲击;2003年02期
10 张玉萍;如何给工科低年级大学生讲纳米技术[J];物理与工程;2003年01期
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1 古兴瑾;复合材料层板高速冲击损伤研究[D];南京航空航天大学;2011年
2 张彦;纤维增强复合材料层合结构冲击损伤预测研究[D];上海交通大学;2007年
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5 陈晓,许可,戴诗亮;层合板分叉方程的Lyapunov-Schmidt约化分析[J];固体力学学报;2001年03期
6 朱海堂,张献瑞,谌续国;用P型有限元分析层合板的应力[J];郑州工业大学学报;2001年04期
7 崔海涛,温卫东,郝勇;碳纤维增强复合材料含孔层合板损伤破坏分析研究进展[J];材料导报;2002年02期
8 Ali Al-Mansour,程小全,寇长河;单面贴补修理后层合板的拉伸性能[J];复合材料学报;2005年03期
9 张二亮;张卫红;邱克鹏;;基于材料-结构协同设计的层合板多级优化方法[J];机械科学与技术;2006年01期
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6 康军;关志东;黎增山;丁聪;黄志强;;复合材料开口层合板拉伸应变集中与失效分析[A];第十四届中国科协年会第11分会场:低成本、高性能复合材料发展论坛论文集[C];2012年
7 卿尚波;晏麓晖;;纤维层合板抗弹性能数值模拟分析[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2009年
8 戴相花;高存法;;含椭圆孔磁电弹层合板的弯曲问题研究[A];第16届全国疲劳与断裂学术会议会议程序册[C];2012年
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1 记者 倪泰;“12315数据分析模型与消费维权指数系统”研讨会举办[N];中国工商报;2014年
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5 聂慧慧;Al/Mg/Al层合板的微观组织结构和热变形行为[D];太原理工大学;2017年
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10 彭文杰;复合材料层合结构极限强度预测方法及分层应力最小化研究[D];华中科技大学;2009年
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1 何杰;超高分子量聚乙烯防弹性能和泡沫镍屏蔽性能研究[D];中国科学技术大学;2018年
2 陈磊;正交异性层合板在力载和热载下静、动态响应的数值模拟[D];合肥工业大学;2012年
3 刘奇;应用纤维束复合材料试验研究层合板界面性能[D];华南理工大学;2015年
4 张科;层合板结构振动分析的无网格方法[D];苏州大学;2015年
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8 彭文辉;层合板结构的振动和稳定性分析及其优化设计[D];南昌航空大学;2015年
9 林志明;层合板结构声振特性及声辐射最小化优化分析[D];南昌航空大学;2015年
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