【摘 要】
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高性能纤维材料已广泛应用于军事及体育防护用品领域,剪切增稠材料与高性能纤维材料结合制备的材料具有优异的抗冲击性能,利用复合纤维材料研制的抗冲减振装置对大型土木工程来说,以最大程度地减少外部冲击损害。剪切增稠胶（Shear Thickening Gel,STG）具有很好能量吸收效果以及抵抗变形能力;超高分子量聚乙烯纤维（Ultra-High Molecular Weigh Polyethylene,
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高性能纤维材料已广泛应用于军事及体育防护用品领域,剪切增稠材料与高性能纤维材料结合制备的材料具有优异的抗冲击性能,利用复合纤维材料研制的抗冲减振装置对大型土木工程来说,以最大程度地减少外部冲击损害。剪切增稠胶（Shear Thickening Gel,STG）具有很好能量吸收效果以及抵抗变形能力;超高分子量聚乙烯纤维（Ultra-High Molecular Weigh Polyethylene,UHMWPE）作为新型高性能纤维,具有高强度、高模量、低断裂伸长率等优良的力学性能以及耐冲击性能、耐化学腐蚀性能等性能。本文中将STG与UHMWPE结合制备了新型STG/UHMWPE抗冲材料,由于STG的剪切增稠效应,新型STG/UHM WPE抗冲材料的抗冲性能得到大大的提高。本文从实际工程问题出发,研发了一种基于新型STG/UHMWPE抗冲材料的限位装置,建立了适用于该新型STG/UHMWPE抗冲材料的动态力学模型。本文主要研究内容包括:（1）新型STG/UHMWPE抗冲材料的动态冲击力学模型研究。通过对新型STG/UHMWPE抗冲材料抗冲击过程分析,将冲击耗能分为冲击区压缩耗能、初生纤维拉伸断裂耗能、次级纤维变形耗能、STG耗能四部分,建立了新型STG/UHMWPE抗冲材料四部分的抗冲击力及耗能理论计算模型。（2）STG与新型STG/UHMWPE抗冲材料制备和测试。研制出一种性能较好的剪切增稠胶配合比及制备方法,测试得出了其动态力学性能的优异性;研究了分散相和分散介质对STG动态力学性能影响,确定了STG的较优配合比。制备新型STG/UHMWPE抗冲材料,通过准静态力学实验来测试UHMWPE、新型STG/UHMWPE抗冲材料的准静态材料力学性能,测得制备的新型STG/UHMWPE抗冲材料的拉伸模量、面内剪切模量、拉伸强度和面内剪切强度。（3）新型STG/UHMWPE抗冲材料的低速冲击有限元分析和低速冲击试验分析。根据实际工程问题,确定冲击物的冲击速度,分析不同质量、不同速度的冲击物冲击新型STG/UHMWPE抗冲材料时,新型STG/UHMWPE抗冲材料的抗冲性能及耗能能力。采用ABAQUS软件对新型STG/UHMWPE抗冲材料的抗冲击性能进行分析。选用Hashin破坏模型,对新型STG/UHMWPE抗冲材料进行冲击仿真。通过两种低速冲击试验测试新型STG/UHMWPE抗冲材料的抗冲性能。结果表明,新型STG/UHMWPE抗冲材料具有较好的抗冲击性能及耗能性能。（4）基于新型STG/UHMWPE抗冲材料限位装置的桥梁抗冲研究。将新型STG/UHMWPE抗冲材料与传统桥梁阻尼器相结合,设计了一种新型具有限位作用的桥梁阻尼器。通过模拟计算验证了具有限位作用的桥梁阻尼器的有效性。
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