层间混杂复合材料体系设计与抗冲击性能数值模拟研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:neithernor86
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现代战争中掩体依旧作为战场中指挥、防御、观察、射击的综合性的军事工事。在厚厚的钢筋混凝土包裹下的掩体,其观察口往往成为薄弱点,就其使用的特殊性而言,其防护能力的大小关系着其内部人员是否安全。本文以防护轻武器为目标,从材料的选择、理论模型的分析、弹体冲击掩体防护甲板的有限元模拟等方面对凯芙拉纤维/陶瓷层间混杂复合材料的抗冲击性能进行研究。本文通过比较4种不同的纤维材料的性能并结合纤维的混杂效应,选择综合性能优益的凯芙拉纤维作为主要增强材料、应变率较大的高强玻纤作为次要增强材料;选择使用性广泛、性价比突出的Al2O3陶瓷作为防护甲板的面板,考虑刚性大和工艺成熟的特点,选择环氧树脂作为基体。通过引入理论模型,分别分析纤维和陶瓷的受力过程。陶瓷在弹体的压缩应力作用下形成陶瓷锥,能够破坏弹体,纤维含量的增加及相交汇的结点增多能够反射应力波,提高波速,能够吸收更多的能量,提高整体防护甲板的性能。应用ABAQUS有限元模拟软件,对弹体冲击凯芙拉纤维/陶瓷层间复合甲板进行数值模拟。对弹体侵彻甲板过程、应力变化及能量变化进行分析,得到与理论相近的结果。通过更改纤维的铺层角度、混杂的比例、层数的多少,铺层次序等参数得到不同的数值。其结果表明,在掩体防护甲板厚度不变的情况下,纤维铺设的层数越多,防护的效果越好;两种纤维混杂的最佳比例的范围为0.30.7,相间铺设;0°/30°/60°/90°/-60°/-30°/0°铺设的防护效果最好。根据有限元模拟的到的结论,设计掩体防护甲板。由此结构再次应用ABAQUS软件进行抗冲击数值模拟,试验检验,结果表明,设计的防护甲板能够抵挡住平均速度为500m/s的平头的子弹的贯穿,这与理论计算的结果相符合。
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