猪皮对球形弹丸阻滞作用的仿真研究

发布时间：2021-08-14 23:49

　　为了明确皮肤对球形弹丸的阻滞作用机理,建立了模拟皮肤的3层结构模型。基于拉伸及压缩力学特性曲线,利用MATLAB对皮肤模型进行参数识别。基于冲击实验得到的皮肤穿透阈值速度验证了皮肤模型的准确性。利用LS-DYNA仿真模拟了Φ4.5 mm铅球侵彻皮肤过程,从球形弹丸速度衰减、皮肤鼓包方面分析了皮肤对球形弹丸的阻滞作用。仿真模拟了相同动能不同密度条件下,直径为Φ4.5 mm的弹丸侵彻皮肤的过程和相同动能不同直径条件下,铅球侵彻皮肤的过程,结果表明,建立的皮肤3层结构模型可以用于模拟皮肤的真实伤害,作为皮肤的数值仿真模型;在初始动能相同的情况下,球形弹丸密度越小,体积越大,能量耗散比越大,皮肤阻滞作用越明显,为后续研究投射物对真实人体的伤害奠定了基础。 

【文章来源】：图学学报. 2020,41(02)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

皮肤材料模型

ANKERSEN等[13]研究了猪腹部皮肤比背部皮肤更贴近于人腹部皮肤；SHERGOLD等[14]通过对比发现猪腹部皮肤(平行于脊柱方向)与人体腹部皮肤的力学特性曲线相似。因此，本文选取健康长白猪的腹部皮肤(平行于脊柱)作为实验材料，用手术刀小心地剔除皮下脂肪组织，并保持猪皮的平滑性，通过多次测量取平均值得到猪皮厚度为2.5 mm。分别对长方体猪皮(长×宽：40 mm×15 mm)和圆柱状猪皮(Φ20 mm)进行拉伸及压缩实验，得到皮肤在0.10/s和0.01/s应变率下的拉伸及压缩力学特性曲线，如图2(a)所示，求得BISO模型所需材料参数E2(杨氏模量，弹性区间的斜率)、σs(屈服应力，应力-应变曲线的弹性区域及塑性区域曲线外推的交点)、Etan(切线模量，屈服极限和强度极限之间的斜率)。结合压缩力学特性曲线，如图2(b)所示，运用MATLAB对曲线进行基于最小二乘法的非线性拟合得出Mooney-Rivlin模型的参数C10和C01，皮肤的材料参数见表1和表2。2 冲击实验验证

利用Φ9 mm一级轻气炮进行皮肤冲击实验，炮管中用弹托固定Φ4.5 mm铅球。选取健康长白猪的腹部皮肤，其弹道冲击的有效尺寸为100.0 mm×100.0 mm×2.5 mm，利用夹具将猪皮固定在靶室中(图3)。通过测速光幕靶来测量铅球速度、数据采集处理系统来记录铅球速度，如图4所示。经过多次冲击实验统计后得到皮肤的穿透阈值速度约为94 m/s。图4 实验装置示意图

【参考文献】：
期刊论文
[1]手枪弹对骨骼间接作用的数值模拟及致伤力学响应研究[J]. 黄玲,刘艳,徐诚,陈爱军.  弹道学报. 2013(02)
[2]球形破片高速侵彻明胶靶标的数值模拟[J]. 温垚珂,徐诚,陈爱军,史晓宁.  弹道学报. 2012(03)
[3]皮肤的力学性能概述[J]. 卢天健,徐峰.  力学进展. 2008(04)



本文编号：3343411