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3D编织纤维作为水泥基体增强相制成的复合材料,较传统的纤维混凝土具有更显著的抗弯、抗拉增强与增韧效果,在防护工程中有着良好的应用前景,研究3D编织纤维增强水泥砂浆(3D-Textile Reinforced Cement Mortar,3D-TRCM)复合材料及其与混凝土的复合结构抗侵彻性能具有重要的理论意义与工程价值。本文采用具有高强高韧性特征的碱式硫酸镁水泥(Basic Magnesium Sulfate Cement,BMSC)作为胶凝材料,3D编织玄武岩纤维和玻璃纤维为增强材料,首先设计了两类3D-TRCM复合材料,研究了其抗压、抗拉和抗弯等静态力学性能,探讨了3D编织纤维对BMSC砂浆静态力学性能的增强与增韧效果;其次设计了两类不同结构的3D-TRCM复合材料与混凝土(3D-TRCM/C)的复合靶体,采用钨合金卵形弹进行了实弹侵彻试验,研究了3D-TRCM/C复合靶体的抗侵彻防护性能,获得了位于复合靶体迎弹面及背弹面的3D-TRCM复合材料,对靶顶的抗开坑、抑制侵彻和靶底抗震塌等各项侵彻损伤性能的改善效果;最后运用LS-DYNA有限元软件对3D-TRCM/C复合靶体的实弹侵彻工况进行了数值模拟,获得了3D-TRCM复合材料与3D-TRCM/C复合靶体的JOHNSON HOLMQUIST CONCRETE材料模型参数,在此基础上进一步研究了3D编织纤维增强BMSC砂浆与混凝土复合靶体的抗侵彻能力与侵彻速度、3D-TRCM复合材料层厚度、混凝土结构强度之间的关系。全文主要内容与结论如下:(1)3D编织纤维对BMSC砂浆具有增强增韧效果。玄武岩纤维3D-TRCM试件垂直于纤维层和平行于纤维层的劈裂抗拉强度分别较BMSC砂浆提高120.0%和18.2%,玻璃纤维3D-TRCM试件垂直于纤维层和平行于纤维层的劈裂抗拉强度分别较BMSC砂浆提高158.2%和36.4%;由于3D编织纤维单位体积内纤维含量高,采用浇筑法制备3D-TRCM复合材料时密实度受到一定程度的影响,玄武岩纤维和玻璃纤维3D15-TRCM试件抗压强度降低了16.5%和56.7%,3D90-TRCM试件抗压强度降低12.4%和34.7%。通过抗压试验测得了3D-TRCM复合材料的弹性模量远低于普通混凝土弹性模量,泊松比远高于普通混凝土,3D编织纤维在水泥砂浆基体内起到了良好的阻裂增韧作用;3D编织纤维能显著提高水泥砂浆的抗弯性能,玄武岩纤维和玻璃纤维3D15-TRCM抗弯强度较BMSC砂浆提高87.0%和14.0%,3D90-TRCM试件抗弯强度较BMSC砂浆提高21.7%和24.9%。(2)3D-TRCM/C复合靶体的实弹抗侵彻试验结果表明,与同配比的BMSC混凝土裸靶相比,3D-TRCM复合材料置于靶体迎弹面,能有效降低靶体的弹坑直径及开坑体积,大幅度限制靶体的侵彻深度,显著地减弱弹体对靶体的损伤。3D-TRCM复合材料置于靶底背弹面,能起到减弱震塌破坏的作用,抑制靶体受侵彻时靶底混凝土的破碎与剥落,起到工程防护的作用。(3)实弹试验中3D-TRCM复合材料置于靶底的复合靶体均未产生震塌开坑,而同配比、同尺寸的BMSC混凝土裸靶在相同弹速侵彻后产生了明显震塌开坑现象。(3)运用有限元模拟的方法,进行了实弹侵彻试验工况的数值模拟,确定了3D-TRCM/C复合靶体的材料模型参数,数值模拟的结果验证了3D-TRCM复合材料对于靶体的抗侵彻防护作用,与实弹侵彻试验结果基本一致。(4)运用数值模拟的方法,研究了混凝土层强度、子弹速度、3D-TRCM层厚度对3D-TRCM/C复合靶体的抗侵彻性能的影响,数值模拟的结果表明:(1)3D-TRCM层厚度的增加能增大弹体侵彻阻力,降低复合靶体的开坑面积。同时在两类结构中,3D-TRCM复合材料置于迎弹面的抗侵彻深度改善效果优于3D-TRCM复合材料置于背弹面的结构。(2)靶体侵彻深度随着子弹速度的增加而加深。但速度的增长并未导致3D-TRCM/C复合靶体弹坑范围的扩大,表明3D-TRCM作为迎弹面能起到抑制靶体开坑的作用。(3)随着混凝土层强度的增加,BMSC混凝土裸靶及3D-TRCM/C复合靶体的侵彻深度均随之降低。并且3D-TRCM/C复合靶体侵彻深度均较同强度的BMSC混凝土裸靶更浅,而随着混凝土层强度的提高,BMSC混凝土强度为C100时,3D-TRCM/C复合靶体和裸靶的侵彻深度相似。因此3D-TRCM复合材料能提高接近或低于其材料自身强度的靶体抗侵彻性能,对高于其强度的靶体侵彻深度改善甚微。在3D-TCRM复合材料置于背弹面的结构中,混凝土层强度较低时,3D-TRCM/C复合靶体抑制靶底震塌、开坑愈为有效,随着迎弹面混凝土层强度的提高,其抗震塌效果趋于裸靶。