纤维增强热塑性树脂预浸料的制备工艺及研究进展

热塑性复合材料因冲击韧性高、环境适应性强、可回收利用等优点,被广泛应用于汽车制造、航空航天、国防军工等领域。但因热塑性树脂加热熔融后较高的黏度使其很难与纤维充分浸渍。预浸料作为制造复合材料的中间材料,现阶段制备工艺已相对成熟,预浸料中纤维已被树脂浸润,因此通过预浸料制备的复合材料孔隙率较低。本文介绍了现阶段常用的热塑性预浸料制备方法及各自的优缺点,包括溶液浸渍法、熔融浸渍法、粉末浸渍法、薄膜叠层法、纤维混杂法以及反应链增长浸渍法。阐述了热塑性树脂熔体浸润纤维的浸渍机理,对浸渍机理的部分研究成果进行了概括。概述了浸渍温度、浸渍压力和牵引速率对预浸带性能的影响。最后指出了国内预浸料生产中存在的主要问题,未来可采用多学科结合、纤维树脂改性、对浸渍过程进行计算机模拟等方法促进热塑性预浸带的产业化发展。     

陶瓷/纤维复合装甲抗弹丸侵彻性能的试验与数值模拟研究

本工作研究了由碳化硼(B4C)/碳纤维(CF)/超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)组成的复合装甲对抗7.62 mm穿甲燃烧弹的抗侵彻性能.通过实验和数值模拟,系统地研究了陶瓷复合装甲各层对弹丸的作用机理.首先将模拟与实验结果进行比较,验证了模拟方法的可靠性.在此基础上,开展了陶瓷复合装甲的陶瓷面板的材料/厚度数值模拟研究,分别采用氧化铝(Al2 O3)、碳化硅(SiC)、碳化硼(B4 C)作为陶瓷面板,研究了不同厚度陶瓷板的吸能效率,结果表明,以B4 C陶瓷作为面板,当其厚度为10 mm时所得复合装甲的防弹性能最佳.     

复合结构碳纤维防弹板的防弹性能仿真

针对纤维/基体间的界面脱黏决定能量吸收这一核心问题,采用一系列标准黏结力参数调整复合板界面黏合力,并通过层间黏性行为和损伤参数模拟界面分层过程。利用ABAQUS有限元软件中的Explicit分析模块建立陶瓷/纤维复合防弹板的高速冲击损伤分析模型,通过分析弹丸初始速度与剩余速度,研究复合防弹板的各组分结构参数、纤维指标、铺层设计对靶板及层合板抗侵彻行为的作用规律,并结合冯·米塞斯（Von-Mises）应力云图和基体损伤云图,探讨复合防弹板的受力与损伤形式。最后,利用弹道冲击实验成功验证了模型的准确性。实验结果表明:由13 mm厚SiC陶瓷、5 mm厚碳纤维复合材料板和17 mm厚超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)复合材料背板组成的复合防弹板可有效防御弹丸侵彻,对弹丸动能吸收和弹速衰减作用明显。      

ABAQUS在模拟弹丸高低速冲击金属和复合材料靶板方面的应用及研究进展

ABAQUS作为现阶段应用最广泛的非线性有限元模拟软件,可以分析复杂的固体力学和结构力学问题,在模拟材料冲击方面的性能优越.弹丸对靶板的冲击损伤过程复杂,理论和实验研究比较困难.现阶段为检测材料的抗冲击性能通常需要进行大量的冲击实验,有限元软件的出现为此类问题的解决提供了较为简单准确的途径.数值模拟方法本质上是物理现象的近似计算和表征,其结果的准确度很大程度上依赖于对相关材料性能的认识和数学表征.对问题的准确分析需要定义材料变形极限的破坏准则.在ABAQUS中金属材料使用较多的是J-C失效模型,而Hashin和Chang-Chang失效准则在复合材料领域使用较多,Puck准则对基体失效预测较为准确.现阶段ABAQUS在抗冲击领域的应用主要包括:研究材料的损伤机理和失效过程,预测材料的弹道极限.ABAQUS不仅可对金属材料和2D复合材料进行模拟,还可对3D编制复合材料、泡沫夹层复合材料等进行模拟,将隐式分析和显式分析结合可对材料施加预载荷以模拟更多情况下材料的损伤过程.本文简要介绍了ABAQUS各个模块在模拟弹丸侵彻过程中的作用,阐述了不同损伤准则在模拟金属和复合材料领域的应用.通过实例重点介绍了ABAQUS在模拟弹丸高低速冲击时的应用,最后就现有研究中存在的问题及研究方向提出了建议.