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三维角链锁机织复合材料弹道侵彻玻坏的细观尺度有限元计算

李志江  
【摘要】:三维角链锁机织复合材料是3D复合材料中的一个重要分支,其层间连接强度远远高于层合复合材料。3D角链锁机织物主要包括通厚度角链锁结构与层层角链锁结构两种。由于3D角链锁机织物复合材料具有较高的冲击损伤容限,研究3D角链锁机织复合材料的弹道冲击性能对于个体防护设计着十分重要的意义。 本课题根据3D角链锁机织复合材料的细观结构,建立单胞模型从单胞尺度研究其弹道冲击性能。单胞模型将3D角链锁机织复合材料简化为经纱、纬纱与树脂三种组分,并定义各组分刚度矩阵及其破坏准则。采用FORTRAN语言,编写基于单胞模型的用户子程序(VUMAT)。通过ABASUS调用子程序,从单胞层次研究3D角链锁复合材料的弹道冲击性能,且与实验数据进行对比,证明VUMAT的可行性。 本论文的主要工作是: (1)设计并织造3D角链锁芳纶机织物,借助真空辅助树脂转移成型技术制造3D角链锁机织物环饱和聚酯复合材料; (2)测试3D角链锁机织复合材料弹道冲击性能,记录一系列入射速度下的弹体剩余速度,同时观测复合材料冲击破坏形态; (3)基于3D角链锁机织复合材料单胞模型和临界失效面积破坏准则(CDA)编写用户子程序(VUMAT),联合ABAQUS计算复合材料弹道侵彻破坏。比较实验和有限元计算结果,发现两者在弹体剩余速度复合材料破坏形态上有很好的一致性。 本文研究为3D角链锁机织复合材料在弹道防护中的应用提供了一种设计方案,所得实验结论和相应计算方法可以指导高性能装甲板设计。


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