不同结构高强聚乙烯抗侵彻过程的数值模拟

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:thomas012
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以高强高模高性能纤维为主要构成材料防弹结构的抗侵彻性能研究是目前防护领域中的研究热点问题之一。超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene fiber,UHMWPE)纤维增强层合复合材料作为防弹材料,具有密度低、强度高和抗弹性强等优异性能,被广泛用于交通运输、航空航天、兵器装备和工程防护等国民经济和国防建设等诸多领域。  实验研究和数值模拟是当今研究者在此类研究中最常用的方法。数值模拟主要基于理论分析和实验研究,虽然起步较晚,但由于其参数可调性强,无需耗费大量的实验经费和精力,已成为是当前侵彻理论研究中的主要方法。但由于侵彻和贯穿过程的复杂多样性,材料本身的复杂性和本构的不确定性以及数值计算方法的限制,使得数值模拟计算结果经常与实际情况不符,目前仍有一些问题需要进一步研究和完善。  这就是亟待解决的一个问题,众所周知,可信的数值模拟计算结果离不开可靠的本构模型。因此,综合考虑到弹丸侵彻靶板过程中引起材料的各种响应及损伤破坏和前人的经验。弹丸和靶板的材料模型分别选用3#随动塑性材料模型及22#复合材料损伤模型。  本文为了得到更为理性、普遍的对弹体侵彻个体防弹靶板全过程的认识,利用大型分析软件ANSYS/LS-DYNA进行不同结构UHMWPE纤维增强层合复合材料防护性能的数值模拟与分析。通过建立合适的几何模型和有限元模型,利用可靠的材料模型(3#和22#),赋予合适的边界条件和约束,来动态模拟层合复合材料靶板受弹丸侵彻时的损伤破坏情况,利用弹道侵彻评价指标对其分析表征。  低成本制造技术是当今先进复合材料技术发展的核心问题,通过对层合复合材料靶板的不同铺层、不同组合结构模拟,对比弹丸入射速度(初始速度)和剩余速度的关系,计算出不同结构靶板V50值,得到其抗侵彻性能大小。在低成本的前提下,为UHMWPE层合板的优化设计和制造提供有效的理论依据。
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