功能梯度水泥基复合材料制备及抗多次侵彻性能研究
本文关键词:功能梯度水泥基复合材料制备及抗多次侵彻性能研究 出处:《南京理工大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
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【摘要】:高新技术武器层出不穷,对防护工程提出了严峻挑战。为了抵御精确制导武器的重复侵彻破坏,需要提高防护材料和结构抗多次打击的能力。功能梯度水泥基复合材料由于具有优异的抗侵彻爆炸性能,在防护工程领域发挥着越来越重要的作用。本文讨论了钢纤维和高强粗骨料对超高性能水泥基复合材料静态力学性能的影响规律,并分析了其增强增韧的微观机理。利用1.5%体积掺量的钢纤维灌注陶瓷球的超高性能水泥基复合材料热水养护的抗压强度达到187.4MPa,抗折强度达到了 13MPa。优选超高性能水泥基复合材料制备出了双层与三层结构的功能梯度水泥基复合材料靶体,对其进行了二次和三次重复侵彻试验。双层结构的功能梯度靶体SFG1第1次侵彻深度比C50混凝土靶体减小了 79%,第2次侵彻深度减小了 53%。三层结构的功能梯度靶体TFG3第1次侵彻深度为61mm,比C50混凝土靶体减小了 65%,且迎弹面破坏面积最小。多次侵彻之后,功能梯度靶体背弹面没有任何的坍塌破坏。深入研究了在侵彻作用下的瞬间破坏过程与机理,对功能梯度水泥基复合材料的在侵彻作用下的动态响应效应进行了理论分析。采用Autodyn有限元软件对含有不同间距陶瓷粗骨料的功能梯度水泥基复合材料靶体的侵彻过程进行了数值模拟,结果表明侵彻深度和开坑直径随着陶瓷粗骨料间距的增加而增加。当陶瓷粗骨料间距为4mm时,利用SPH算法模拟的侵彻深度和开坑直径与实验结果非常接近。通过试验与模拟相结合,揭示了功能梯度水泥基复合材料侵彻破坏全过程与动态响应规律。
[Abstract]:The emergence of high-tech weapons in endlessly poses a severe challenge to the protection engineering, in order to resist the repeated penetration and destruction of precision-guided weapons. It is necessary to improve the ability of protective materials and structures to resist multiple blows. Functionally gradient cement matrix composites have excellent penetration and explosion resistance. In this paper, the influence of steel fiber and high strength coarse aggregate on the static mechanical properties of ultra-high performance cement matrix composites is discussed. The micro-mechanism of strengthening and toughening was analyzed. The compressive strength of super-high performance cement-based composites with 1.5% volume steel fiber was 187.4 MPA. The flexural strength is up to 13 MPA. The functional gradient cement matrix composites with double-layer and three-layer structure have been prepared by the excellent selection of ultra-high performance cement matrix composites. The second and third repeated penetration tests were carried out. The first penetration depth of the functionally gradient target SFG1 of the double-layer structure was 79% less than that of the C50 concrete target. The second penetration depth is reduced by 53. The first penetration depth of the functionally gradient target TFG3 of the three-layer structure is 61 mm, which is 65% less than that of the C50 concrete target. And the area of the projectile surface is the smallest. After multiple penetration, there is no collapse damage on the surface of the functionally graded target. The process and mechanism of the instantaneous damage under the penetration are studied in depth. The dynamic response of functionally gradient cement-based composites under penetration was theoretically analyzed. The functionally graded cement-based composites with different spacing ceramic coarse aggregate were prepared by Autodyn finite element software. The penetration process of material target is simulated numerically. The results show that the penetration depth and hole diameter increase with the increase of ceramic coarse aggregate spacing, when the ceramic coarse aggregate spacing is 4 mm. The penetration depth and hole diameter simulated by SPH algorithm are very close to the experimental results. The whole process and dynamic response of the penetration failure of functionally gradient cement matrix composites are revealed by combining the experiment and simulation.
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:E95;TB33
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,本文编号:1425192
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