CF/UHMWPE纤维增强复合材料防弹特性模拟与验证
发布时间：2021-04-07 10:16
随着新式兵器的杀伤力越来越大,对防弹材料的防弹性能要求也越来越高,各种防弹材料都朝着更安全、更轻质、更舒适的方向发展,混杂纤维增强树脂基防弹材料是未来新型防弹材料研究的热点。影响混杂纤维防弹复合材料防弹性能的因素较多,如高性能纤维的混杂种类、混杂比例、混杂方式,以及树脂的组合选用、成型工艺等都将对其防弹性能产生或多或少的影响。以防弹性能优异的超高分子量聚乙烯纤维为防弹基材,辅之以刚性较好的纤维如碳纤维提高防弹复材的刚性,可以制备出新一代性能优异的防弹复合材料。为研发出更加轻质、安全的防弹复合材料,本文从模拟和制备两方面入手。首先,设计出不同组分、不同铺层结构的纤维增强防弹复材,然后利用Virtual Performance Solution（VPS）对所设计防弹复材的抗侵彻特性进行模拟,在模拟分析的基础上,制备出纤维增强防弹复材并进行打靶实测,最后根据实测结果优化防弹复合材料设计。模拟结果显示,在相同的铺层结构及纤维体积分数条件下,PE层合板（UHMWPE纤维增强聚乙烯树脂）在较低的冲击速度325m/s下防弹特性优于CF层合板（CF增强环氧树脂）,但在较高冲击速度525m/s、725m...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 防弹机理简介
1.3 高性能纤维在防弹复合材料中的应用
1.3.1 Kevlar纤维在防弹复材中的应用
1.3.2 UHMWPE纤维在防弹复材中的应用
1.3.3 碳纤维及PBO纤维在防弹复材中的应用
1.3.4 混杂纤维在防弹复材中的应用
1.4 应用于冲击模拟的分析软件
1.5 本文的研究目的及内容
第二章 模拟流程及实验材料、方法
2.1 技术路线
2.2 虚拟性能解决方案-Virtual Performance Solution（VPS）简介
2.2.1 虚拟性能解决方案-Virtual Performance Solution
2.2.2 VPS的分析功能
2.2.3 VPS的工业应用
2.3 建立模型及划分网格
2.4 定义材料
2.4.1 线性应力-应变模型
i,σi）组合得到的单应力-应变曲线"> 2.4.2 通过一系列（Ei,σi）组合得到的单应力-应变曲线
i,σi）得到的单应力-应变曲线"> 2.4.3 通过点（εi,σi）得到的单应力-应变曲线
2.5 定义边界条件
2.6 导出pc格式的计算文件并计算
2.7 观察后处理结果
2.8 实验材料及实验方法
2.8.1 实验原料及仪器
2.8.2 制备与测试方法
第三章 基于VPS软件模拟的理论基础及参数确定
3.1 前言
3.1.1 基于显式求解方法
3.1.2 基于隐式求解方法
3.2 CF/UHMWPE纤维增强单层板的分析模型
3.2.1 ITYP=0单向复合材料两相单层板模型
3.2.2 两相模型及其自然坐标系
3.2.3 两相模型的弹性特性
3.2.4 两相模型的损伤特性
第四章 CF/UHMWPE纤维增强复合材料冲击动力学模拟
4.1 前言
4.2 问题描述
4.3 弹体速度对复合材料防弹特性的影响
4.4 铺层角度对复合材料防弹特性的影响
4.5 纤维体积分数对复合材料防弹特性的影响
4.6 CF/UHMWPE混杂纤维复合材料的防弹特性
第五章 CF/UHMWPE纤维增强防弹复合材料特性研究
5.1 引言
5.2 防弹插板的制备
5.3 实验结果及讨论
5.3.1 铺层结构对防弹特性的影响
5.3.2 铺层角度对防弹特性的影响
5.3.3 成型压力对防弹特性的影响
5.3.4 加入碳纤维对UHMWPE纤维防弹特性的影响
5.4 防弹机理研究
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
参与的科研项目
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能纤维在防弹复合材料中的应用[J]. 杨坤,朱波,曹伟伟,王永伟,周珊珊. 材料导报. 2015(13)
[2]现代防弹材料[J]. 江洁,董侠,陈美玉,来侃,王笃金. 材料导报. 2013(11)
[3]不同牌号聚乙烯-应力应变曲线简析[J]. 陈光岩,邹育刚,吕士瀛,曹晶磊,于现建,王宏伟. 弹性体. 2012(04)
[4]UD防弹复合材料成套装备应用与发展对策[J]. 赵刚,赵莉,谢雄军. 纤维复合材料. 2012(02)
[5]防弹复合材料结构及其防弹机理[J]. 陈磊,徐志伟,李嘉禄,张刘飞,陈利,吴晓青,孙颖,陈光伟. 材料工程. 2010(11)
[6]芳纶无纬布的制备及其抗弹性能研究[J]. 杨小兵,程晓农,严学华,杨娟. 高科技纤维与应用. 2007(03)
[7]UHMWPE纤维复合材料防弹机理和性能[J]. 顾冰芳,龚烈航,徐国跃. 纤维复合材料. 2006(01)
[8]防弹纤维复合材料及其在武器装备中的应用[J]. 韩辉,李楠. 高科技纤维与应用. 2005(01)
[9]高性能纤维的发展和应用[J]. 熊佳,黄英,王琦洁. 玻璃钢/复合材料. 2004(05)
[10]叠层靶板弹击实验及弹道侵彻机理的数值模拟研究[J]. 陈晓,周宏. 爆炸与冲击. 2003(06)
硕士论文
[1]玻璃纤维纱线与芳纶纱线毛羽检测与检测机构设计[D]. 褚旭.东华大学 2015
[2]树脂基厚向混杂防弹复合材料的制备及侵彻机理研究[D]. 柴晓明.浙江理工大学 2014
[3]Kevlar129织物/PA防弹复合材料的制备及性能研究[D]. 程建芳.浙江理工大学 2013
[4]层间混杂复合材料体系设计与抗冲击性能数值模拟研究[D]. 赵伟.哈尔滨工业大学 2012
[5]PBO纤维表面常压等离子体处理研究[D]. 胡倩倩.东华大学 2012
[6]纤维复合材料冲击数值分析[D]. 马志垒.郑州大学 2010
本文编号：3123315
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 防弹机理简介
1.3 高性能纤维在防弹复合材料中的应用
1.3.1 Kevlar纤维在防弹复材中的应用
1.3.2 UHMWPE纤维在防弹复材中的应用
1.3.3 碳纤维及PBO纤维在防弹复材中的应用
1.3.4 混杂纤维在防弹复材中的应用
1.4 应用于冲击模拟的分析软件
1.5 本文的研究目的及内容
第二章 模拟流程及实验材料、方法
2.1 技术路线
2.2 虚拟性能解决方案-Virtual Performance Solution（VPS）简介
2.2.1 虚拟性能解决方案-Virtual Performance Solution
2.2.2 VPS的分析功能
2.2.3 VPS的工业应用
2.3 建立模型及划分网格
2.4 定义材料
2.4.1 线性应力-应变模型
i,σi）组合得到的单应力-应变曲线"> 2.4.2 通过一系列（Ei,σi）组合得到的单应力-应变曲线
i,σi）得到的单应力-应变曲线"> 2.4.3 通过点（εi,σi）得到的单应力-应变曲线
2.5 定义边界条件
2.6 导出pc格式的计算文件并计算
2.7 观察后处理结果
2.8 实验材料及实验方法
2.8.1 实验原料及仪器
2.8.2 制备与测试方法
第三章 基于VPS软件模拟的理论基础及参数确定
3.1 前言
3.1.1 基于显式求解方法
3.1.2 基于隐式求解方法
3.2 CF/UHMWPE纤维增强单层板的分析模型
3.2.1 ITYP=0单向复合材料两相单层板模型
3.2.2 两相模型及其自然坐标系
3.2.3 两相模型的弹性特性
3.2.4 两相模型的损伤特性
第四章 CF/UHMWPE纤维增强复合材料冲击动力学模拟
4.1 前言
4.2 问题描述
4.3 弹体速度对复合材料防弹特性的影响
4.4 铺层角度对复合材料防弹特性的影响
4.5 纤维体积分数对复合材料防弹特性的影响
4.6 CF/UHMWPE混杂纤维复合材料的防弹特性
第五章 CF/UHMWPE纤维增强防弹复合材料特性研究
5.1 引言
5.2 防弹插板的制备
5.3 实验结果及讨论
5.3.1 铺层结构对防弹特性的影响
5.3.2 铺层角度对防弹特性的影响
5.3.3 成型压力对防弹特性的影响
5.3.4 加入碳纤维对UHMWPE纤维防弹特性的影响
5.4 防弹机理研究
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
参与的科研项目
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能纤维在防弹复合材料中的应用[J]. 杨坤,朱波,曹伟伟,王永伟,周珊珊. 材料导报. 2015(13)
[2]现代防弹材料[J]. 江洁,董侠,陈美玉,来侃,王笃金. 材料导报. 2013(11)
[3]不同牌号聚乙烯-应力应变曲线简析[J]. 陈光岩,邹育刚,吕士瀛,曹晶磊,于现建,王宏伟. 弹性体. 2012(04)
[4]UD防弹复合材料成套装备应用与发展对策[J]. 赵刚,赵莉,谢雄军. 纤维复合材料. 2012(02)
[5]防弹复合材料结构及其防弹机理[J]. 陈磊,徐志伟,李嘉禄,张刘飞,陈利,吴晓青,孙颖,陈光伟. 材料工程. 2010(11)
[6]芳纶无纬布的制备及其抗弹性能研究[J]. 杨小兵,程晓农,严学华,杨娟. 高科技纤维与应用. 2007(03)
[7]UHMWPE纤维复合材料防弹机理和性能[J]. 顾冰芳,龚烈航,徐国跃. 纤维复合材料. 2006(01)
[8]防弹纤维复合材料及其在武器装备中的应用[J]. 韩辉,李楠. 高科技纤维与应用. 2005(01)
[9]高性能纤维的发展和应用[J]. 熊佳,黄英,王琦洁. 玻璃钢/复合材料. 2004(05)
[10]叠层靶板弹击实验及弹道侵彻机理的数值模拟研究[J]. 陈晓,周宏. 爆炸与冲击. 2003(06)
硕士论文
[1]玻璃纤维纱线与芳纶纱线毛羽检测与检测机构设计[D]. 褚旭.东华大学 2015
[2]树脂基厚向混杂防弹复合材料的制备及侵彻机理研究[D]. 柴晓明.浙江理工大学 2014
[3]Kevlar129织物/PA防弹复合材料的制备及性能研究[D]. 程建芳.浙江理工大学 2013
[4]层间混杂复合材料体系设计与抗冲击性能数值模拟研究[D]. 赵伟.哈尔滨工业大学 2012
[5]PBO纤维表面常压等离子体处理研究[D]. 胡倩倩.东华大学 2012
[6]纤维复合材料冲击数值分析[D]. 马志垒.郑州大学 2010
本文编号：3123315
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