层压复合材料外壳的热弯曲

用有限元法分析了层压复合材料柱形和锥形外壳在热负荷下的线性弯曲分析,给出了交叉铺层和斜铺层层压外壳各种情况下的临界温度,并研究了半径厚度比,层数,热膨胀系数比,以及纤维取向角的影响。结果表明,就纤维取向角而言,热负荷下层压外壳的弯曲变形与机械负荷外壳不同。     

层合纤维增强复合材料的抗弹性能数值计算研究

以2层Kevlar／Epoxy构成的纤维增强复合材料为例，利用非线性经典层合理论，研究了子层的材料铺层方向对抗弹性能的影响以及复合材料对不同冲击速度的能量吸收，从而得到层合纤维增强复合材料的抗弹特性，得出纤维增强复合板适合于较低速度的冲击防护．     

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。     

碳纤维复合材料各向异性特性对气泡形态影响试验研究

为探究碳纤维复合材料各向异性特性对气泡溃灭形态的影响,利用高速全流场显示系统记录和观测单向纤维铺层的碳纤维复合材料边界附近气泡形态,以及复合材料边界变形随时间变化的过程,对气泡在不同铺层角度复合材料边界附近的形态变化进行分析。在气泡距复合材料边界相同初始距离下,针对铺层角度为0°、90°以及0°+90°交替叠加铺层的3种碳纤维复合材料板,对比了复合材料边界附近气泡的形态变化过程以及复合板变形的差异。研究结果表明：气泡在边界附近溃灭时产生高速射流以及冲击波是破坏边界的主要原因;铺层角度的不同会导致单向纤维复合材料边界的变形方式不同,从而严重影响气泡的形态演化过程以及溃灭方式。     

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。     

高聚物基层压复合材料弹道冲击破坏机理

以侵彻能力很强的钢芯尖头弹作为弹体，通过对靶板表观损伤模式的观察和分析、靶板的剖面观察和弹孔处断裂纤维的SEM观察，研究了Twaron热固性层压复合材料靶板、PVA热固性和热塑性层压复合材料靶板的弹道冲击破坏机理。     

混杂复合材料圆柱壳振动特性仿真研究

为了研究混杂纤维增强复合材料圆柱壳体的振动特性,基于有限元方法,建立混杂纤维增强复合材料圆柱壳体的数值模型。研究纤维混杂比例、边界条件、缠绕角、长径比L/R等参数与混杂纤维增强复合材料圆柱壳体的基频的关系。     

基于MFC压电纤维复合材料的智能小翼驱动性能研究

智能微型导弹可以通过控制可变形智能弹翼结构改变飞行状态,满足作战需求。针对此类可变形智能小翼结构,本文以压电纤维复合材料(Macro Fiber Composite, MFC)作为驱动器,通过使用MFC碳纤维复合材料悬臂梁仿真和试验相结合的方法验证压电复合材料的驱动性能。随后,设计了MFC复合材料小翼驱动机构并进行驱动试验,验证了所设计的MFC驱动智能小翼变形方案的可行性。在此基础上,研究了智能小翼复合材料蒙皮铺层设计对小翼压电驱动性能的影响。结果表明,增大智能小翼蒙皮45°铺层占比、减小0°铺层占比,或将45°铺层置于蒙皮表层、 0°铺层置于蒙皮芯层时,有利于智能小翼驱动性能提升。     

高速铣削CFRP单向层合板的刀具磨损研究

碳纤维复合材料(CFRP)的可编性使其存在显著的各向异性,纤维的铺层方向对其整体性能有很重要的影响。通过选用4种不同纤维方向角的T700碳纤维复合材料单向层合板,采用斜角自由切削的方法进行铣槽试验。通过Kistler测力仪、Leica体式显微镜以及扫描电子显微镜对切削力和刀具磨损表面进行分析,得出刀具磨损机理和不同纤维方向下的刀具磨损规律。     

发射箱复合材料箱体的设计与选材

以某型发射箱为对象,探讨了复合材料箱体的结构设计和材料体系选用,以纤维增强复合材料为主、轻质高强铝合金为辅制造主体构件,配合箱体结构优化和功能性铺层设计,实现了发射箱系统的轻量化。     

高性能复合纤维的防刺机理

近年来持刀袭警、袭医事件屡有发生,防刺服作为保障生命的最后一道防线至关重要。目前防刺服主要由高性能复合纤维制成,虽通过了标准穿刺测试,但其防刺机理尚不明晰。以3种典型防刺材料——浸胶芳纶布、无纬PE布和平纹芳纶布为研究对象,基于刚度、硬度、准静态穿刺和动态穿刺实验,研究相同面密度下3种材料的防刺机理。研究结果表明：防刺材料的硬度和弯曲刚度越大,准静态刺破力和动态刺破力越大,抵抗变形和刀具刺透的能力越强,防刺性能越好;刀具动能大部分转换为防刺服和背衬材料的动能和变形能,材料破坏吸能较少,研发防刺服的重点不在于吸能,而应增加其硬度及弯曲刚度。研究成果可为下一代轻质柔性防刺服的研发提供理论参考。     

多层异质复合靶板抗侵彻性能试验及结构优化设计

针对多层异质复合靶板结构优化设计,对10 mm氧化铝陶瓷/10 mm芳纶板/6 mm 616装甲钢、10 mm氧化铝陶瓷/6 mm 616装甲钢/10 mm芳纶板2种结构抗14.5mm穿甲弹穿深(DOP)的性能进行了试验分析,对同工况下弹丸侵彻复合靶板进行了数值模拟。在验证数值模型的基础上,结合配方均匀设计方法,建立了相同面密度下复合靶板结构等效质量防护系数回归模型,分析了各层厚度系数对复合靶板防护性能的影响规律,完成了复合靶板结构的优化设计。结果表明,面密度为9.748 g/cm²的复合靶板,最优结构为6.5 mm氧化铝陶瓷板/1.8 mm芳纶/9.1 mm装甲钢,试验验证了优化设计结果的可靠性。     

Twaron织物树脂层压复合材料靶板剩余速度的研究

利用MTS801材料测试系统，旋转盘式杆杆型冲击抖动拉伸试验装置和弹道冲击侵彻测试装置，分别对Twaron纤维材料的应变率效应，Twaron织物树脂层压复合材料靶板的准静态和弹道冲击侵彻进行了测试研究，提出了基于准静态侵彻测试结果的预测Twaron织物树脂层压复合材料靶板剩余速度的简单能量模型。     

芳纶复合材料对球形弹丸的抗贯穿性能研究

以芳纶纤维织物为增强材料、聚氨酯为树脂基体的芳纶复合材料,进行了2.05 g钨合金球、1.03 g钢球和4.50 g钢球的抗贯穿性能研究,并分析了芳纶复合材料对以上3种典型球形弹丸的抗弹性能差异。试验结果表明:芳纶复合材料的抗贯穿性能与测试过程中采用的弹丸种类有关,采用2.05 g钨球时较低,采用1.03 g钢球时较高,采用4.50 g钢球时居中。进而提出了一种新的芳纶复合材料抗贯穿性能表征方法,即直接作用面积比吸收能(PSEA)法。PSEA值在芳纶复合材料受到材质相同的球形弹丸冲击时基本相同,据此在芳纶复合材料对某种球形弹丸的弹道极限速度已知时,可计算出对其它球形弹丸的弹道极限速度。验证结果表明:弹道极限速度的计算值和实测值相差1%~6%.     

陶瓷与芳纶层合板叠层结构抗侵彻性能试验研究

为了研究陶瓷与芳纶层合板叠层结构在中高速弹丸侵彻作用下,陶瓷面板对芳纶层合板抗侵彻性能的影响,开展了13.5 g破片模拟弹丸以中高速冲击8 mm厚芳纶板、16 mm厚芳纶板、3 mm厚SiC陶瓷+8 mm厚芳纶板、3 mm厚Al₂O₃陶瓷+8 mm厚芳纶板4种靶板的抗侵彻性能试验。分析了有无前置陶瓷板,芳纶板受到冲击作用后,弹丸及芳纶板变形模式的差异、靶板单位面密度吸能的区别。研究结果表明：前置陶瓷板情况下,弹丸变形较大并伴随着质量磨蚀;前置陶瓷板降低了芳纶板的剪切破坏程度,增加了拉伸变形和层间分层范围;前置陶瓷结构相对于纯芳纶结构在弹速较高时抗侵彻能力较强。     

弹丸低速贯穿纤维与金属组合薄靶板的试验研究

为研究半穿甲战斗部动能侵彻下舰船舷侧复合装甲结构的抗穿甲机理,以均质钢板前置复合材料板模拟舰船舷侧复合装甲结构,采用低速弹道冲击试验,研究了结构的典型破坏模式和吸能机理,分析了前置复合装甲板的面密度对组合结构靶板整体抗穿甲性能的影响。在此基础上,根据靶板的破坏模式,得到了球头弹丸低速贯穿组合靶板的剩余速度预测公式。结果表明,组合靶板在弹丸低速冲击下主要呈现局部破坏,前置复合装甲板的破坏模式主要为纤维拉伸断裂,迎弹面存在少量的纤维剪切断裂,而钢质背板则主要呈现花瓣开裂破坏;组合靶板的整体抗弹性能随前置复合装甲板面密度的增加而提高;将理论预测剩余速度值与实验结果进行了比较,二者吻合较好。     

近距爆炸破片作用下芳纶纤维夹芯复合舱壁结构毁伤特性实验研究

为提高近距爆炸破片作用下夹芯结构的毁伤机理和防护能力,采用梯恩梯和预制破片开展了近距爆炸破片作用下芳纶纤维夹芯结构的联合毁伤实验研究。揭示了破片的载荷特性,分析了芳纶纤维夹芯结构中各层结构的破坏模式,探讨了其抗毁伤机理,并与文献\[14\]中典型夹芯结构的防护能力进行了对比和排序。结果表明：夹芯防护结构中芯层起到了毁伤载荷的“中介”转化作用;通过对后面板撞击挤压,把着靶面积小、作用时间短且破坏能力强的破片点载荷转换为作用面积大、持续时间长的压力面载荷,扩大了载荷作用范围。综合材料质量和防护能力来看,气凝胶毡隔温层/高强聚乙烯夹芯结构防护能力优于芳纶纤维夹芯结构。