亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        高分子纖維復(fù)合防彈材料研究

        2020-04-26 09:27:36尚武林張二勇
        紡織報(bào)告 2020年1期
        關(guān)鍵詞:靶標(biāo)力學(xué)復(fù)合材料

        龍 浩,尚武林,張二勇,楊 威

        (連云港神鷹復(fù)合材料科技有限公司,江蘇 連云港 222000)

        恐怖襲擊和局部戰(zhàn)爭在世界范圍內(nèi)仍時(shí)有發(fā)生,士兵或警員被子彈擊中致死的比例較高,因此,世界各國都在不斷研制、優(yōu)化各類新型防彈材料。高性能纖維復(fù)合材料綜合了纖維優(yōu)異的力學(xué)性能和特種樹脂基體的抗沖擊性等優(yōu)點(diǎn),是理想的防彈材料。

        目前,工業(yè)化、大規(guī)模生產(chǎn)的高性能纖維主要有對(duì)位芳香族聚酰胺纖維(芳綸纖維)、超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)纖維和碳纖維。芳綸纖維的比強(qiáng)度和比模量是鋼鐵的10倍,而UHMWPE的比強(qiáng)度又高出芳綸纖維1.5倍。單根纖維或束絲并不能起到防彈的作用,將纖維按一定的規(guī)律排列整合,才能有效地抵御彈丸或破片的傷害。將纖維整合起來主要有兩種途徑,機(jī)織布和無緯布,前者是通過織機(jī)進(jìn)行編織,后者則是由單向復(fù)合工藝制成。

        對(duì)于超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維,荷蘭DSM公司由SK60、SK65發(fā)展到SK75、SK76。聯(lián)合信號(hào)公司則有S900、S1000、S2000等品種。1986年,美國聯(lián)合信號(hào)公司得到荷蘭DSM公司專利許可后,開始以Spectra為商標(biāo)生產(chǎn)一種強(qiáng)度更高的纖維—UHMWPE。前者標(biāo)志著防彈材料由硬質(zhì)向軟質(zhì)的轉(zhuǎn)變,改變了人們對(duì)防彈機(jī)理的認(rèn)識(shí),極大地拓展了防彈材料的空間;后者則加速了防彈材料向輕量化、舒適化的方向發(fā)展。

        彈丸或破片擊中織物后,產(chǎn)生的應(yīng)變波分為縱向波和橫向波,縱向波的交接點(diǎn)可將應(yīng)力傳給輔助纖維,橫向波產(chǎn)生的位移也通過交接點(diǎn)使邊緣纖維承受傳導(dǎo)的應(yīng)力。彈道學(xué)試驗(yàn)表明,40%~50%的能量被輔助纖維所吸收。所以,織物的交接點(diǎn)越多,能量被吸收得越多,防彈性能越好。因此,防彈織物的編織方式較多地采用平紋而非斜紋。

        1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

        在破片的高速?zèng)_擊下,材料的應(yīng)變率效應(yīng)必須要考慮,因此,有必要開展UHMWPE、碳纖維及其復(fù)合材料的準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)特性測試。東華大學(xué)[1]和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)[2]等科研單位也在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測試方面做了很多卓有成效的工作。由于不同廠家的生產(chǎn)工藝不同、采用的基體材料不同,復(fù)合材料成型工藝也有一定差異。

        目前,對(duì)彈丸和破片侵入防彈材料及人體靶標(biāo)的數(shù)值計(jì)算研究有一定困難,一方面是由于復(fù)合材料的力學(xué)特性較難準(zhǔn)確模擬,另一方面是由于缺乏準(zhǔn)確的生物軟組織動(dòng)態(tài)力學(xué)模型及參數(shù)。生物軟組織的波阻抗很低,傳統(tǒng)霍普金森桿設(shè)備無法直接用來測量這類軟材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性。蔡志華等[3]建立了一個(gè)帶堿式氯化鋁(Aluminum Chlorohydrate,ACH)材料的人體有限元模型,采用黏彈性材料人體模型來模擬力學(xué)響應(yīng)。通過仿真研究,重點(diǎn)分析了手槍彈侵損該模型過程中,有無泡沫襯墊和泡沫襯墊厚度對(duì)人體損傷的影響。在有泡沫作用下,身體組織壓力峰值降低了20.6%,材料背凸變形量減少了約10.0%;使用6 mm厚泡沫襯墊時(shí)顱骨出現(xiàn)了骨折,而使用12 mm厚泡沫時(shí),身體組織壓力峰值減少了50.0%。

        在試驗(yàn)研究方面,對(duì)不同材料和結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行彈道測試的研究較多,主要通過極限穿透速度(V50)和材料內(nèi)部膠泥凹陷深度來評(píng)估材料的防護(hù)性能。美國陸軍實(shí)驗(yàn)室一直在研究如何對(duì)UHMWPE材料的V50性能和內(nèi)部鼓包高度進(jìn)行優(yōu)化,并提出了一種新的復(fù)合結(jié)構(gòu):在前75%厚度采用0/90鋪層方式,在后25%厚度按照每兩層相對(duì)于前兩層以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)22.5°的鋪層順序。研究表明,在使用Dyneema?HB25材料時(shí),相比于傳統(tǒng)正交鋪層順序,采用該方法生產(chǎn)的試驗(yàn)樣品V50性能下降了10%,但是內(nèi)部背凸高度減小了45%。當(dāng)采用Spectra Shield? II SR-3136材料時(shí),V50性能沒有降低,但內(nèi)部背凸高度減小了40%。

        材料的V50和內(nèi)部背凸高度這兩個(gè)指標(biāo)并不能直觀地用于評(píng)價(jià)由此造成的人體損傷,因此需要建立一個(gè)可用于測試人體鈍擊動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的人體模擬靶標(biāo)。由于人體組織器官較多,這就增加了模型建立的難度。唐劉建[4]在研究防彈衣后鈍性損傷時(shí),建立“明膠-胸廓”人體模擬靶標(biāo),通過在靶標(biāo)內(nèi)放置加速度傳感器、壓力傳感器來獲取鈍擊過程中人體典型部位的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。在鈍擊情況下,防彈材料瞬時(shí)背凸經(jīng)常造成人體骨折,進(jìn)而對(duì)身體組織等重要器官產(chǎn)生損傷,嚴(yán)重時(shí)甚至能造成人員死亡。

        2 主要研究材料及方法

        2.1 防彈纖維及其復(fù)合材料力學(xué)特性測試

        采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)和霍普金森桿(Split Hopkinson Tension Bar,SHTB)分別進(jìn)行UHMWPE纖維、CF纖維、基體及其復(fù)合材料的準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)特性測試。傳統(tǒng)霍普金森桿設(shè)備主要用于測試金屬材料在高應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性?;羝战鹕O(shè)備的桿件一般采用GCr15軸承鋼制作,直徑在14.5~19.0 mm,可以測量纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)拉伸和壓縮性能。

        隨著沖擊生物力學(xué)研究的不斷發(fā)展,需要能夠準(zhǔn)確測量生物材料在高應(yīng)變率下動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的手段與方法。生物軟材料的低波速和低波阻抗性質(zhì)給其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測試帶來了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。雖然科技人員采用低波阻抗桿、高靈敏度傳感器等方法在一定程度上提高了透射信號(hào)的信噪比,但是在軟組織材料測試中實(shí)際需要解決的問題仍比金屬材料測試難很多。

        2.2 復(fù)合防彈材料防護(hù)性能數(shù)值模擬

        建立復(fù)合防彈材料數(shù)值計(jì)算模型,研究各項(xiàng)異性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的數(shù)值模擬方法。以人體幾何模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),建立包含頭骨、大腦、小腦等人體典型組織結(jié)構(gòu)的人體有限元模型。開展彈丸和破片損傷防彈材料人體模型的鈍擊效應(yīng)數(shù)值計(jì)算,為材料防護(hù)性能評(píng)估和人體損傷評(píng)估提供定量數(shù)據(jù),為防彈材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)參考。

        建立防彈材料的三維幾何模型,采用Hypermesh軟件進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。分別劃分兩種有限元方案,一種基于宏觀力學(xué)用每個(gè)單元模擬纖維和基體的宏觀力學(xué)性能,另一種基于微觀力學(xué)將纖維和基體分別采用不同的單元模擬。基于我國人體模型大數(shù)據(jù),在Mimics軟件中構(gòu)建人體幾何模型,再采用Ansys/ICEM CFD軟件中對(duì)獲得的幾何模型進(jìn)行表面優(yōu)化。將防彈材料與人體有限元模型裝配組成鈍擊效應(yīng)數(shù)值計(jì)算模型,并在LS-Dyna軟件的前處理器中定義初始條件、邊界條件和接觸類型等求解信息,通過與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比來校驗(yàn)和完善數(shù)值模型。通過改變防彈材料碳纖維復(fù)合材料層的有限元網(wǎng)格和材料參數(shù)來模擬不同編織方式對(duì)材料穿透深度、背部瞬態(tài)凸起和壓力波等鈍擊特征量的定量影響規(guī)律。

        2.3 復(fù)合防彈材料防護(hù)性能測試

        制作人體模擬靶標(biāo)實(shí)物模型,并建立瞬態(tài)多參數(shù)同步測量系統(tǒng);開展槍彈和破片以不同速度、不同角度侵入帶材料人體模型彈道沖擊試驗(yàn);獲取瞬態(tài)變形、加速度、壓力波等典型特征量,為材料防護(hù)性能驗(yàn)證和數(shù)值模型驗(yàn)證提供必要的數(shù)據(jù)。

        靜態(tài)力學(xué)測試采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行,主要測量兩種纖維及其復(fù)合材料的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸、壓縮和剪切特性。UHMWPE纖維、碳纖維、樹脂及其復(fù)合材料強(qiáng)度不同,需在不同噸位萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測試。

        采用霍普金森壓桿(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)裝置和高屈服強(qiáng)度、高彈性模量的特種合金鋼材質(zhì)的加載桿,測量UHMWPE無緯布和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)壓縮性能。采用霍普金森拉桿(SHTB)裝置、合金鋼加載桿和特制的試樣拉伸夾具,測量UHMWPE纖維、UHMWPE纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、碳纖維及碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)特性。SHPB和SHTB試驗(yàn)裝置如圖1所示。

        圖1 霍普金森壓桿(SHPB)

        2.4 復(fù)合防彈材料實(shí)彈實(shí)驗(yàn)

        高速投射物對(duì)有防護(hù)下均質(zhì)明膠靶標(biāo)的鈍擊效應(yīng)試驗(yàn)和數(shù)值研究如圖2所示。試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性較好,給出了明膠內(nèi)瞬時(shí)凹陷和壓力波隨時(shí)間的變化規(guī)律,仿真結(jié)果基本再現(xiàn)了試驗(yàn)的主要現(xiàn)象,但具體數(shù)值與試驗(yàn)誤差較大。這主要是由于UHMWPE纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和彈道明膠的本構(gòu)模型和材料參數(shù)不夠準(zhǔn)確。

        圖2 高速攝影拍攝的明膠內(nèi)沖擊凹陷隨時(shí)間變化情況

        3 結(jié)語

        采用材料力學(xué)試驗(yàn)、數(shù)值模擬計(jì)算和彈道沖擊試驗(yàn)相結(jié)合的方法開展新型UHMWPE/CF復(fù)合防彈材料防護(hù)性能研究。在獲取復(fù)合材料和人體模擬材料準(zhǔn)確力學(xué)特性參數(shù)的基礎(chǔ)上,通過數(shù)值模擬進(jìn)行設(shè)計(jì)方案優(yōu)選,從而幫助企業(yè)節(jié)約研制成本、加快研發(fā)進(jìn)度。建立人體模擬靶標(biāo)和人體有限元靶標(biāo),獲取鈍擊過程中人體的加速度、壓力波和應(yīng)力分布等特征參數(shù),為科學(xué)合理地評(píng)估材料防護(hù)性能和人體損傷嚴(yán)重度奠定基礎(chǔ)。

        猜你喜歡
        靶標(biāo)力學(xué)復(fù)合材料
        力學(xué)
        弟子規(guī)·余力學(xué)文(十)
        快樂語文(2021年11期)2021-07-20 07:41:32
        “百靈”一號(hào)超音速大機(jī)動(dòng)靶標(biāo)
        弟子規(guī)·余力學(xué)文(四)
        快樂語文(2020年30期)2021-01-14 01:05:28
        納米除草劑和靶標(biāo)生物的相互作用
        民機(jī)復(fù)合材料的適航鑒定
        復(fù)合材料無損檢測探討
        電子測試(2017年11期)2017-12-15 08:57:13
        復(fù)雜場景中航天器靶標(biāo)的快速識(shí)別
        力學(xué) 等
        前列腺特異性膜抗原為靶標(biāo)的放射免疫治療進(jìn)展
        中文字幕34一区二区| 久久av无码精品人妻糸列| 国产精品欧美亚洲韩国日本| 国产精品国产三级国a| 永久免费毛片在线播放| 俄罗斯老熟妇色xxxx| 无码精品一区二区三区超碰| 国产极品嫩模大尺度在线播放| 久久久精品人妻一区二区三区妖精 | 亚洲男人的天堂网站| 日韩女优中文字幕在线| 亚洲天堂av福利在线| 人妻夜夜爽天天爽三区| h国产视频| 国产91熟女高潮一曲区| 在线免费观看黄色国产强暴av | 亚洲av综合国产av日韩| 亚洲一区二区三区中文字幂| 亚洲动漫成人一区二区| 国产视频免费一区二区| 午夜熟女插插xx免费视频| 久久久久久免费毛片精品| 国产成人一区二区三区高清| 国产精品久久av色婷婷网站| 曰本女人与公拘交酡| 成年在线观看免费视频| 日本高清一区二区三区视频| 激情五月我也去也色婷婷| 日夜啪啪一区二区三区| 在线观看网址你懂的| 91羞射短视频在线观看| 精品福利一区二区三区免费视频| 狠狠色噜噜狠狠狠狠888奇禾| 亚洲日本VA午夜在线电影| 成熟妇女毛茸茸性视频| 我爱我色成人网| 日韩永久免费无码AV电影| 久久中文字幕国产精品| 成人试看120秒体验区| 久久精品国产日本波多麻结衣| 中文字幕一区二区va|