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三维正交机织物弹道侵彻的分析模型和破坏模式

史文锋  
【摘要】:三维正交机织物在子弹防护方面是很有优势的织物结构。与其它二维织物相比,三维正交机织物受到子弹冲击时,直线状排列的经纱与纬纱能使其吸收更多的子弹动能。Z纱把经纱与纬纱绑结在一起,这种整体结构能使织物及其复合材料具有更高的断裂韧性及层间剪切强度。表征三维正交机织物的弹道侵彻性能则能更精确的设计出应用于冲击条件下的三维正交机织物结构。 本文目的是研究三维正交机织物弹道破坏模式并建立三维正交机织物弹道冲击下的分析模型,从而计算出在半球形弹头-圆柱形弹身刚性子弹冲击条件下的吸能特性。我们的研究主要包括以下几点:(1)用芳纶长丝纤维束织造三维正交机织物。(2)对样品进行弹道冲击试验得到子弹在不同冲击速度下的剩余速度;并计算出三维正交机织物的弹道性能指标。(3)建立三维正交机织物弹道冲击下的分析模型;计算经纱、纬纱、Z纱的吸能,得到不同应变率下子弹的剩余速度及织物在不同时刻的变形形态。(4)研究应变率对分析模型计算结果的影响;由于芳纶纤维束具有明显的应变率效应,本文重点考察了应变率对织物性能的影响,结果表明创新出的拟合应变率的方法是有效的。 通过分析模型的建模与数值计算,重点讨论了影响三维正交机织物弹道性能的重要因素。本文所建立的分析模型及其应用程序在一般的PC上仅需十几秒钟便可完成,这将为设计出具有优良弹道性能的三维正交机织物提供重要参考。


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