复合材料层合板冲击模型研究现状

近年来复合材料被广泛应用于防护领域,其中以高性能纤维单层板、陶瓷板、金属泡沫板等单一或几种不同类型复合材料设计构成的层合板结构成为主要的复合材料防护结构形式。总结了复合材料层合板结构在冲击问题研究中分析模型的进展情况,侧重于能量耗散分析模型、应力波分析模型与损伤力学分析模型三个方面,对各分析模型进行了总结与评价,同时也对冲击中的试验方法、测试技术的进展情况进行了回顾。     

复合材料层合板抗弹性的工程分析模型

根据复合材料的本构关系和失效准则,利用动量和能量守恒原理建立了弹丸垂直侵彻有限厚复合材料层合板工程分析模型,给出了此类层合板弹道性能V50的预测公式,用该模型计算了正交玻璃纤维层合板的V50,并进行了试验验证,其结果一致性较好.     

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。     

复合材料层合板在水下多层防护结构中的抗爆效能

大型舰船一般设置水下多层防护结构以实现对重要舱室的防护.随着舰船设计中对总体资源及质量代价的要求越来越高,在多层防护结构内层应用吸能能力强的轻质复合材料是一种解决问题的新方法,但目前相关研究较少.借助有限元分析软件LS-DYNA中的任意朗格朗日-欧拉算法,研究典型舰船水下防护结构,对其中第2纵壁和第3纵壁采用碳纤维层合板结构形式,通过数值仿真分析不同铺层方式下层合板结构的抗冲击、防护性能.结果表明:第2纵壁以冲击方式为主,复合材料层合板90°铺层角度最好;第3纵壁以振动为主.该结论提供了一种构建轻质多层防护结构的新思路,可为多舱水下防护结构的研究、设计和优化提供参考.     

碳纤维复合材料层合板低速冲击损伤特性研究

以碳纤维复合材料层合板为研究对象,针对低速冲击损伤进行落球低速冲击数值模拟与试验研究,用三维Hash-in失效准则与内聚力单元相结合分析3种不同冲击能量下层合板的损伤演化规律,在试验过程中引入数字图像技术(digital image correlation,DIC)对冲击过程进行实时监测.结果表明:碳纤维复合材料层合板的损伤面积随低速冲击能量增加而增大,低能量以基体开裂为主,高能量以基体开裂和分层为主.用DIC技术得到层合板损伤表面应变规律和集中分布区,与数值模拟结果相验证,误差小于5％.     

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.     

冲头形状对复合材料层合板低速冲击力学行为影响研究

为掌握冲头形状对碳纤维复合材料层合板低速冲击响应的影响规律,了解层合板内部的损伤机制与失效模式,用Abaqus有限元软件对层合板进行低速冲击力学行为的数值模拟,为考虑多种失效模式混合,用三维Hashin强度准则与双线性内聚力模型分别预测层合板层内与层间的渐进损伤演化,重点讨论冲头形状对层合板冲击响应的影响规律。数值模拟结果与现有低速冲击试验数据较吻合,最大误差低于5%,验证了模型的可靠性。结果表明：冲击接触面积与穿透程度是造成层合板在不同冲头形状下冲击响应差异的主要原因,冲击接触面积较小的冲头对层合板的穿透程度大,会造成层合板沿厚度方向的损伤积累。冲击接触面积较大的冲头对层合板的穿透程度小,会造成层合板沿面内的层间分层损伤扩展。     

含低速冲击损伤复合材料层合板剩余压缩强度预测

为了预测含低速冲击损伤复合材料层合板结构的剩余强度,建立了复合材料层合板结构从冲击到冲击后压缩的全过程分析模型.基于该模型,通过ABAQUS有限元仿真软件,结合Hashin失效准则和Cohesive界面单元,建立了复合材料层合板结构有限元分析模型,完成了低速冲击载荷下的有限元仿真模拟和冲击后剩余强度的有限元预测.通过与试验值对比,仿真结果与试验结果有良好的一致性,所建立模型能够有效进行含低速冲击损伤复合材料层合板结构的剩余强度预测.     

UHMWPE纤维层合板防弹性能数值分析研究

为研究UHMWPE纤维层合板的抗弹性能,将力学本构模型简化为面内"各向同性"模型和层间"节点力"模型,利用Abaqus 6.9实现全部分析过程,并根据分析结果讨论UHMWPE纤维层合板的失效模式。研究表明:简化后的模型能够较好地模拟UHMWPE纤维层合板的抗弹过程;在立方体破片高速侵彻时,靶板表现出明显的3阶段破坏,弹体发生镦粗和侵蚀现象,剩余速度和靶板变形的凸包高度跟试验值较为一致。     

载荷加载速率对碳纤维镁合金层合板层间断裂韧性的影响

分别采用镁合金和碳纤维代替工程中常用的玻璃纤维增强铝合金层合板中的铝合金和玻璃纤维,通过将单向碳纤维/环氧树脂预浸料交替层压,得到复合材料板,并用环氧树脂将复合材料板与镁合金薄板加压黏结在一起,得到碳纤维增强镁合金层合板。采用单悬臂梁测量载荷速率对碳纤维增强镁合金层合板层间断裂韧性的影响。结果表明:层间裂纹在低载荷速率时以稳定的方式扩展,而在高速率时裂纹的扩展变得不再稳定;在低速率(1~1 000 mm/min)载荷下,载荷速率对层间断裂韧性有轻微的影响;层合板在高速率载荷下的层间断裂韧性大于低速率下的层间断裂韧性。     

半导体桥芯片静电加固的研究

针对桥区形状为尖角形的半导体桥在尖角处电流密度过于集中、易发生静电损伤的问题,提出将半导体桥的尖角部分设计为圆弧的形状,达到提高半导体桥抗静电能力的目的。静电实验发现圆弧型半导体桥在10000pF电容、25kV电压并且串联5000Ω电阻的静电冲击条件下完好无损。33μF电容、19V电压放电模式下,静电冲击前后圆弧型半导体桥的发火时间基本没变,而尖角型半导体桥的发火时间发生了较长的延迟,证明圆弧型半导体桥在保证发火的前提下抗静电能力得到增强。     

弹药开舱传火装药研究

为实现某型子母弹药母弹前开舱以及子弹抛撒出舱功能,设计了开舱传火装药,介绍此装置的结构及工作原理,分析其性能及特点,进行静态、动态试验以及可靠性评估.结果表明该装置各项性能均满足技术要求.为类似开舱弹药的开舱装置设计及工程研制提供了一种有效方法.     

抗高速碰撞复合材料的结构研究与分析

分析了国外以抗动能弹丸碰撞为主的多功能复合材料与结构，叙述了国外的发展简况、基本防护设想，介绍了空间站的抗动能方案或设想，以及抗动能武器的设想。对多功能复合材料与结构研究提出了几点值得重视的看法。     

一种基于强化学习的指挥智能体控制方法

针对无人水下航行器(unmanned underwater vehicle,UUV)如何进行任务分配、航路规划、指挥控制问题, 提出一种新的控制实现方法。搭建UUV 指挥智能体训练平台,设计学习训练所需的想定,进行状态设计、数据适配、 决策解析和规则库建立,选定近端策略优化(proximal policy optimization,PPO)强化学习算法进行训练,并进行应用 验证。结果表明：指挥智能体能有效对UUV 进行任务分配、航路规划、指挥控制;通过不断优化算法,可提高战胜 基于规则的传统控制方法的胜率。     

短波广域网中扩展ARP的跨层混合式路由协议研究

针对短波通信传输距离远的特性,为综合解决短波广域网控制开销大和时延高的问题,根据跨层设计和混合式路由协议的思想,在提出扩展地址解析协议（xARP）的基础上,提出DSR协议的改进方案短波DSR（HFDSR）。然后,利用OPNET仿真软件实现了xARP和HFDSR协议,并搭建了短波广域网的网络模型。在与标准DSR和OLSR路由协议的仿真比较后,给出了HFDSR协议的性能分析。研究结果可为短波广域网路由协议的设计提供参考。     

复合材料端框高温防松问题研究

在高温情况下,复合材料舱段连接会出现连接松动以及连接可靠性下降问题。以某飞行器复合材料端框高温情况下由于紧固件轴向膨胀量大,从而导致预紧力降低甚至消失问题为研究对象,研究了其预紧力变化的原因,并提出了一种改进连接形式,并分析了改进连接后结构变形情况。经分析可知,改进结构能够解决高温松动问题,而且这种新方式简单、便捷,可设计性好,可靠性高,适合工程应用。     

一种复合燃烧剂的设计研究

采用“燃烧序列”原理设计了一种复合燃烧剂，研究其静态和动态条件下点燃特性及其燃烧性能。试验结果表明，该复合燃烧剂点燃性能好，燃烧温度可达3298℃，持续燃烧13～14min，能够形成较好的高温纵火效果，可作为高效燃烧弹装药使用。     

复合材料筒摩擦系数各向异性影响因素研究

对复合材料筒摩擦系数各向异性的影响因素进行试验研究,试验选取不同编织形式、不同树脂含量的玻璃纤维织物布,采用摩擦系数测试试验的方法对各影响因素进行分析。试验结果表明复合材料织物布的编织方式是造成摩擦系数各向异性的主要原因,随着树脂含量的增加,摩擦系数的各向异性逐渐减少,同时复合材料筒成型用模具的表面状态也对其摩擦系数各向异性有一定的影响。针对上述结论,开展复合材料筒摩擦试验,试验结果与各影响因素的影响规律一致。     

基于神经网络算法的复合材料板声发射源定位

使用Levenberg-Marquardt训练函数的神经网络算法在复合材料板上进行声发射定位,采用声波到达时间作为输入向量,训练得到了到达各个传感器的声波触发时间与板上坐标的良好的映射关系。考虑到波形衰减,用传统的固定门槛提取的到达时间容易与实际情况偏差较大,讨论了一种相对准确的适合工程使用的到达时间提取方法。     

铜铝复合药型罩厚度比的数值模拟研究

研究了材料廉价易得、制作工艺简单的铜铝双层复合药型罩,通过波阻抗匹配理论确定了铝铜厚度比值下限为1.33。利用AUTODYN软件对不同结构药型罩进行计算机模拟试验,发现铜铝厚度比为1∶1.5时铜铝双层复合药型罩射流性能最优,相比单层铜药型罩,射流头部速度提高了14.75%,0.05ms时射流长度提高了19.45%。本研究可以为工程应用提供参考。