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纤维复合材料冲击数值分析

马志垒  
【摘要】: 在现代战争中,防弹复合材料由于其优良的性能越来越受到重视。而纤维增强复合材料作为防弹复合材料中的一个重要部分,它的应用更加广泛。研究纤维增强复合材料在弹体冲击过程中的损伤机理及对不同侵彻因素的敏感程度,这对防弹设备的设计研究有重要的意义。 实验方法、理论分析方法和数值计算方法是当前用于此类研究的三种方法。数值计算方法是在理论分析和实验研究的基础上进一步发展起来的,并且随着计算机技术的发展,它的应用更加广泛。数值计算方法的优点是方法简单,受客观条件影响小,参数可调性强,无需耗费大量的经费和精力。 本文采用数值计算的方法,在非线性动态显式有限元分析软件ANSYS/ /LS-DYNA 10.0的支持下,从宏观和细观两个层次上建立纤维复合材料的模型,并模拟纤维复合材料受冲击作用下的损伤过程,得到侵彻体的速度历程和靶板的变形及应力情况,并将数值计算结果与文献中弹道实验结果进行比较。主要研究内容如下: 1.分析纤维复合材料靶板在受冲击作用时的失效机制,以及靶板面密度对靶板抗弹性能影响。 2.靶板抗侵彻能力对子弹速度及子弹头部角度的敏感性分析。分析纤维复合材料在受到中高速系列侵彻物冲击时的速度效应,分析子弹头部不同的几何角度对其侵彻破坏能力的影响。 3.研究组合靶板的抗侵彻模式。分析多层同种材料或者不同材料的组合靶板的间隙作用对其性能的影响。评估多层靶板在失效后各层的损伤情况。 4.将有限元方法的计算结果与实验结果比较,验证评价有限元计算结果的正确性与分析过程的合理性。 5.基于细观结构建立纤维与基体的有限元模型,模拟软质编织复合材料和硬质编织复合材料受侵彻过程。通过对有限元结果的后处理,定性分析在侵彻过程中,基体和纤维不同的破坏形式。在细观结构下,定性分析纤维增强复合材料的破坏模式和吸能模式。


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