混杂纤维增强材料板抗侵彻数值仿真及实验验证

本文根据实验研究，提出了混杂纤维增强材料靶板在弹道冲击条件下的数值仿真要求，利用大型通用有限元程序，根据实验中复合材料层合板的破坏模式及破坏机理分析，建立其抗侵彻仿真混合模型。本文采用该模型对靶板抗侵彻过程中的三种影响因素(三种工况)进行计算比较。三种工况包括：(1)层间结合力较强，基体材料失效破裂，导致纤维层分层破坏的模拟；(2)仅考虑层间相互接触力影响的模拟；(3)考虑热效应对纤维及基体材料性能的影响的模拟。计算结果与混杂纤维增强材料板抗破片侵彻的实验现象及实验规律，具有较好地一致性，同时，也证明高速冲击可以作为绝热过程进行考虑。本文仿真计算结果对于较好的理解复合纤维材料靶板中各组成成分对其抗弹能力的影响及优化靶板结构具有重要的工程意义。     

复合材料层合圆柱壳中结构振动波的传播特性

基于Love壳体理论,对复合材料层合圆柱壳中结构振动波的频散特性进行了计算,得到了相应的频散曲线,揭示了每支波的物理含义,并对传播波、近场波和衰减驻波的性质及其随频率变化的规律进行了分析,研究了铺层数对结构振动波传播特性的影响,并与真空中钢壳的振动波进行了比较,得出了一些有价值的结论。     

混杂结构复合材料防弹性能研究

为探讨不同混杂结构对防弹性能的影响规律,根据芳纶Ⅱ和芳纶Ⅲ纤维力学性能特点,设计制备7种不同混杂比例的复合材料,每种混杂比例有芳纶Ⅲ为迎弹面或背弹面两种铺层顺序。采用1.1 g标准模拟破片、51式7.62 mm铅芯弹等对各种混杂结构的复合材料进行性能测试,研究了铺层顺序、混杂比例等对抗冲击性能和防弹性能等的影响规律。研究结果表明：低速冲击下,随着芳纶Ⅲ复合材料含量的增加,混杂结构复合材料的最大载荷时间逐渐降低,即同一时间内,芳纶Ⅲ可以吸收更多的能量;芳纶Ⅲ复合材料为迎弹面或背弹面,其穿透概率50%的弹道极限速度v₅₀均随着芳纶Ⅲ质量含量的增加而提高,趋势为v₅₀开始提升速度较大,质量含量超过30%时,v₅₀提升速度明显趋缓,芳纶Ⅲ质量含量超过70%,v₅₀提升不明显。当芳纶Ⅲ复合材料位于迎弹面时,混杂结构复合材料v₅₀较高,这一现象在芳纶Ⅲ复合材料质量含量为30%～70%时最为明显,同时,芳纶Ⅲ复合材料含量的增加有利于减小防弹头盔弹击后的变形量。     

航天复合材料

飞机和航天飞机以及低地球轨道飞行器的工作环境对材料提出特殊的机械,热/辐射、音响和其它应力要求。复合材料似乎是适合于这些要求的未来材料。     

纤维增强复合材料抗弹吸能特性研究

为研究树脂基纤维增强复合材料的抗弹吸能特性和机制,采用4.5 g球形碎片模拟弹,对不同基体的玻璃纤维和芳纶纤维增强复合材料板进行了弹道极限V50和抗冲击贯穿试验,分析了不同冲击状态下各复合材料靶板的吸能特性和破坏特点.研究发现,增强纤维的应变率效应会显著地反映到复合材料板的抗弹吸能特性中,破坏模式决定复合材料板的抗弹吸能能力;弹体冲击入射速度、纤维与基体的界面特性是影响复合材料板抗弹吸能的重要因素.结果表明,在一定速度下的贯穿比吸能试验方法,可有效地评价和比较各树脂基纤维增强复合材料板的抗弹性能,该试验方法是对V50试验方法的有效补充.     

纤维增强陶瓷基复合材料的研究及其在航空航天领域的应用

本文介绍纤维增强陶瓷基复合材料的研究动态及应用。对适合作陶瓷增强物的几种纤维及晶须进行了介绍,论述了几种高温结构陶瓷复合材料的制备工艺,并对陶瓷基复合材料作为飞行器结构材料的应用前景作了分析,对陶瓷基复合材料研究中存在的主要问题和今后的研究动向进行了简要的讨论。     

金属基复合材料的应用

由于金属基复合材料具有的一些优异性能,已愈来愈受到人们的关注。本文较详细地介绍了该领域的应用现状和发展趋势。主要包括金属基复合材料在宇航、航空、兵器及民用工业中的应用情况,并对金属基复合材料的     

复合材料层合板弹击性能数值研究

针对纤维增强复合材料层合板不同弹击速度条件下的弹击特性问题,基于大型有限元软件LS-DYNA3D,建立了一套适用于不同铺层顺序、铺向角以及不同弹击速度的数值模拟方案,对纤维增强复合材料铺向角、铺层顺序对其弹击性能的影响作用进行了数值分析研究。结果表明,增加长纤维的使用比例,可有效提高结构的吸能及抗弹击特性,且在低速弹击条件下铺向角与铺层顺序对弹击性能有明显作用,而在高速条件下几乎无影响。     

铝/石墨/环氧超混杂复合材料试件的设计和制造

叙述了铝／石墨／环氧超混杂复合材料试件的设计试验研究。这种超混杂复合材料试件适用一般工业和国防工业，用生产较高刚性和轻质量的试件取代纯金属试件。简要介绍了设计和制造超混杂复合材料试件，在铝／复合材料界面上，用各种形式的化学和机械连接技术，对几个试件的设计进行说明。在试验结果的基础上，值得推荐的是，在界面上用专门的化学粘结技术，采用过渡厚度设计     

石墨烯/陶瓷颗粒增强聚氨酯基复合材料动态压缩性能

聚氨酯良好的力学性能使其广泛应用于各种领域,通过在聚氨酯基体中引入石墨烯增强体,能够大幅度增强聚氨酯基复合材料的各项性能。为得到具有高抗冲击能力的聚氨酯基复合材料,使用原位聚合法制备氧化石墨烯增强聚氨酯,通过霍普金森杆装置对其进行不同应变率下的动态压缩试验。采用无压渗透法加入直径3.3 mm的Al2O3颗粒陶瓷作为新的增强相。对石墨烯/颗粒陶瓷增强聚氨酯基复合材料进行动态围压实验,得到试样的应力-应变曲线。应用LS-DYNA动力学仿真软件建立复合材料有限元仿真模型,结合实验数据验证仿真的可靠性。分析复合材料在动态围压下的变形过程和损伤机理,开展不同粒径试样在动态围压下的仿真分析,讨论不同粒径的颗粒陶瓷对复合材料动态压缩的力学性能影响。研究结果表明：颗粒陶瓷粒径与复合材料的抗压强度密切相关,随着陶瓷颗粒粒径减小,即陶瓷颗粒数量增多,间隙减小时,复合材料的抗压性能也相应提高。     

一类非线性混沌振动的主动隔振仿真研究

以Duffing非线性振子为研究对象,应用主动隔振原理,设计了参数自调节的PID控制算法,对Duffing 振子混沌振动进行了主动隔振数值仿真实验,实现了对混沌振动的良好隔振.仿真结果表明,在混沌振动中应用主动隔振技术的有效性.     

PELE侵彻复合装甲数值模拟

为了探究横向增强型侵彻体(PELE)侵彻复合装甲后的毁伤效果,采用显式非线性动力分析软件AUTODYN,对装填特氟龙(聚四氟乙烯)的侵彻膨胀弹以900 m/s着靶速度侵彻复合靶板的过程进行了数值模拟,得到PELE弹对复合靶侵彻破坏效应及相关参数。结果表明:聚碳酸酯(玻璃纤维)、聚氨酯(泡沫塑料)与凯夫拉复合装甲的结构均被PELE的横向效应所破坏;复合装甲的夹心材料不同,靶板的破坏程度也不尽相同;复合装甲能对PELE的横向效应起到一定的抑制作用,而凯夫拉材料抑制作用较好。     

钣金零件材料参数设计与优化的数值模拟

钣金零件材料参数在零件拉深成形中起着十分重要的作用,不同的材料参数将会对成形结果造成较大影响;借助ETA／Dynaform软件,模拟某槽形零件在不同材料参数情况下进行拉深的全过程,通过分析比较模拟结果,得出了各种性能参数对成形质量的影响,最后结合正交实验法,得到对成形质量最好的材料性能参数。     

B炸药落锤撞击点火的数值模拟

采用用热力耦合方法,选择有限元软件ANSYS/LS_DYNA中带热效应的弹性-粘塑性材料模型,考虑炸药自身的反应放热,以生热速率模拟炸药发生的化学放热反应,研究了混合炸药在落锤撞击下的点火特性和热点形成规律。以Comp.B炸药为算例,建立了撞击感度的有限元模型。结果表明,该数值模拟法模拟炸药瞬态放热和炸药内部产生的急剧温升是可行的。随着上击柱速度的增大,Comp.B炸药内部的高温热点越易形成。当上击柱速度为5 m·s-1时热点温度增大,0.7 ms时形成接近或超过临界温度的热点并发生点火反应。计算结果为判断炸药撞击点火提供了理论依据。     

复合材料天线罩随机振动响应及改进分析

利用UG NX6.0层压复合材料模块及高级仿真模块对某导弹拟采用的初始复合材料天线罩进行随机振动仿真,通过加速度等效原则进行应力响应分析,找出初始设计的缺陷,并对改进方案的随机振动进行了仿真验证。     

复合材料电磁铆接技术研究现状及展望

电磁铆接是实现复合材料干涉配合连接的有效途径,通过控制适当的干涉量能有效提高复合材料初始挤压破坏强度,同时能延长连接件的疲劳寿命。随着有限元技术的发展,数值模拟将在复合材料电磁铆接中扮演越来越重要的角色。总结复合材料电磁铆接技术在国内外的研究现状,并对其发展趋势进行展望。     

孔隙率对PBX热导率影响的数值模拟

采用代表体积元建模方法,建立了与实际高聚物粘结炸药（ Polymer Bonded Explosive, PBX）细观结构高度相近、能反映炸药颗粒和微孔隙随机分布、可以任意调整填充率和孔隙率的有限元计算模型,并计算分析了孔隙率对PBX热导率的影响。结果表明,随着孔隙率增大,PBX的有效热导率呈指数减小。     

复合材料层合板的抗弹性能模拟分析

采用有限元软件ABAQUS模拟圆锥头弹体正冲击纤维增强复合材料层合板,分析了不同层数层合板在不同冲击速度下,子弹初始速度和剩余速度的关系以及层合板的等效应力云图和破坏特征云图.结果表明:在保持单层板厚度不变时,增大层合板层数可显著增强层合板的抗弹性能;子弹的剩余速度与初始速度关系曲线变化特征为先突变后平缓变化再呈线性关系;层合板的等效应力的最大值由接触点扩展到四周固定边界,最后到击穿区域周围局部单元;复合材料层合板在高速冲击下直接发生剪切破坏,而在低速冲击下先达到一定挠度然后发生破坏,为纤维拉伸破坏.     

靶板材料对聚能射流跳弹角影响的数值模拟与试验

利用ANSYS/LS-DYNA软件,数值模拟了金属射流以较小入射角(5°~7°)侵彻不同材料靶板(603装甲钢及铝)的跳弹过程。观察了其侵彻及跳弹的过程。结果表明,所得模拟结果与试验数据吻合。当射流头部速度为6500 m·s~(-1)时,603装甲钢的跳弹临界入射角为6°~7°,铝的跳弹临界入射角为5°~6°,随着靶板强度增大,射流跳弹角减小。射流跳弹有两个阶段,首先射流接触靶板时,射流头部发生跳弹,射流其他部分进入靶板内部;然后射流前端在靶板非对称阻力影响下运动方向发生偏转,最终跳出靶板,射流后续部分随之跳出靶板。603装甲钢跳弹与未跳弹开坑深度之比为0.389,低于铝靶的0.795,证明在跳弹情况下,随着靶板强度的提高,射流消耗在侵彻靶板、扩展弹坑上的能量减少。