三維正交機織復(fù)合材料力學(xué)性能研究.pdf

1、纖維增強復(fù)合材料由于比強度高、吸能好的特點而被廣泛的應(yīng)用于航天、航空以及工程防護(hù)領(lǐng)域。三維結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在厚度方向引入了增強纖維，克服了層合板易分層、沖擊容限低的缺點，可以有效的改善材料力學(xué)性能，提高材料的抗彈道性能，因此得到了越來越廣泛的關(guān)注和研究。 本文以Kevlar纖維/乙烯基樹脂、無堿E玻璃纖維/乙烯基樹脂三維正交機織復(fù)合材料為研究對象，展開一系列的實驗研究。利用MTS開展了準(zhǔn)靜態(tài)實驗，包括面內(nèi)經(jīng)向和緯向的拉伸實驗和面內(nèi)和

2、離面的壓縮實驗；利用SHPB開展了動態(tài)實驗，包括離面方向的沖擊壓縮實驗，得到材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，對不同方向上材料的應(yīng)變率效應(yīng)和強度效應(yīng)進(jìn)行了分析，得到了材料應(yīng)變率相關(guān)的強度模型，并分析了材料在不同加載條件下的破壞模式。 考慮3D-OWC的結(jié)構(gòu)特點，在假設(shè)纖維束橫截面為矩形截面、纖維為基體均為線彈性材料的基礎(chǔ)上，建立了單胞模型，利用該模型，推導(dǎo)出纖維體積分?jǐn)?shù)和織物參數(shù)之間的關(guān)系，并利用材料力學(xué)方法推導(dǎo)出彈性模量計算公式。纖維體積分

3、數(shù)和彈性模量計算公式簡單明了，計算值和實驗值較為吻合，適合工程應(yīng)用。 彈道研究方面，對兩種材料進(jìn)行了600-1100m/s范圍內(nèi)的彈道侵徹實驗，研究并對比了兩種材料的彈道性能，分析了3D-OWC的破壞模式，并詳細(xì)討論Z紗對吸能機制的影響；在各向異性本構(gòu)模型中引入損傷場，結(jié)合Hashin材料強度模型，利用商業(yè)有限元軟件LS-Dyna開展3D-OWC材料彈道侵徹數(shù)值模擬研究，計算了彈體的剩余速度和侵徹速度時間曲線，并結(jié)合面內(nèi)x方向纖