碳纤维复合材料力学性能及其复合弹体侵彻试验研究

设计了一种碳纤维复合材料弹体,基于Forrestal阻力公式对复合弹体在侵彻混凝土靶过程中壳体所承受的最大轴向应力进行了预估。制备了碳纤维复合材料层合板、空心圆筒和复合弹体试样,对碳纤维复合材料层合板和圆筒试样进行了不同应变率下的压缩试验,对复合弹体以298m/s和432m/s的速度,分别对表面强度为48MPa、厚度为200mm和350mm的素混凝土靶进行了正侵彻试验。结果表明:选用的碳纤维复合材料抗压强度随着应变率的增大而增大;所设计的复合弹体对混凝土靶具有一定的侵彻能力;制备的复合弹体壳体能够满足着速在400m/s范围内对混凝土靶侵彻的强度需求。     

基于旋转三角形模型的负泊松比蜂窝材料面内动态压溃行为数值模拟

为提升蜂窝材料的动态力学性能,在旋转三角形变形构型基础上,针对不同旋转角建立了对应的蜂窝结构模型。利用这些蜂窝模型通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA数值模拟了不同旋转角的蜂窝在冲击载荷作用下的面内动态压溃行为;同时考虑冲击速度的影响,研究了旋转角和冲击速度对其变形模式以及平台应力的影响规律,并对比分析了旋转三角形蜂窝的吸能特性。结果表明：旋转三角形蜂窝的变形过程一般可分为旋转变形和坍塌变形两个阶段,其应力-应变曲线具有“两段式应力平台”特征,且表现出明显的动态拉胀效应;当旋转角增大或冲击速度提高到某个临界值后,其应力-应变曲线只具有一个平台段,动态拉胀效应逐渐减弱;在不同冲击速度下,通过与相对密度相同的正六边形蜂窝相比较,旋转三角形蜂窝具有更好的能量吸收能力。     

SLM钛合金蜂窝结构的面内压缩力学行为

为探究增材制造金属蜂窝结构在防护领域的潜在应用，采用激光选区融化(SLM)技术制备钛合金蜂窝试样，进行单轴面内压缩力学实验，在平台段出现了周期压溃卸载现象，这不同于传统的塑性/脆性材料蜂窝平台段特征；结合数字摄像机和扫描电子显微镜，分析结构变形模式与断口破坏机理；基于参数化有限元数值分析，研究壁厚对蜂窝结构压溃卸载的影响规律。研究结果表明：SLM技术制备的钛合金蜂窝试样打印精度高，力学性能差异小；钛合金蜂窝结构面内受压时，结构剪切带区域蜂窝边连接处断裂造成结构应力-应变曲线周期性压溃卸载；破坏处断口可观察到明显的韧窝，呈现明显的塑性破坏形貌；壁厚减薄可以有效增大破坏时蜂窝短边的旋转角度，降低最小弯曲半径，从而显著改善压溃卸载现象，提升结构承载稳定性。     

陶瓷/泡沫铝/铝合金抗线性射流侵彻性能分析及结构优化

为探讨新型复合装甲抗侵彻性能,根据应力波传播特性对陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构进行了理论分析,并从不同组合的面、背板厚度比和泡沫铝夹芯厚度两方面,研究了该复合装甲能量吸收规律、应力波衰减规律。结果表明:同一厚度比下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度与应力波峰值都呈负指数规律减小;同一泡沫铝厚度下,厚度比增大时,泡沫铝及装甲结构吸收的能量先增加后减小,泡沫铝厚度为2.4 mm、厚度比为1.25时,复合装甲结构抗射流侵彻性能最好。     

复合泡沫塑料准静态压缩的应变率效应和温度效应

针对不同密度、不同空心玻璃微珠填充比的聚氨酯复合泡沫塑料进行了准静态压缩实验,研究了这类材料在不同应变率和不同温度下的宏观力学性能.结果表明,在不同应变率和不同温度下复合泡沫塑料的模量和强度是不同的,具有明显的应变率效应和温度效应.并且,在所研究的温度范围内(从室温到玻璃化转变温度),模量随温度的变化关系是非线性的,可用分段直线来描述;而强度与温度之间基本上保持线性关系.此外,在已有的宏细观力学实验基础上,进一步分析了空心玻璃微珠对复合泡沫塑料的增强机理.     

橡胶基软磁复合薄膜压磁效应及机理研究

以Fe78Si9B13非晶粉体为磁性增强材料,以丁基橡胶为基体,利用模压成型法制备软磁复合薄膜,并测试其压磁效应。结果表明,在频率较低时,复合薄膜具有优良的压磁特性;复合薄膜的阻抗随着频率的升高、压应力的增大以及粉体含量的增多而减小;阻抗变化幅度随着压应力的增大而增大,随着频率的升高而减小,随着粉体含量的增多呈现出先增大后减小的趋势。用电阻与电容串联模型对复合薄膜的压磁效应进行理论分析,所得结论与实验结果相吻合。     

应力退火下CoFeVSiB非晶薄带巨应力阻抗效应研究

采用快淬法制备CoFeVSiB非晶薄带,研究应力等温退火处理工艺对材料巨应力阻抗效应的影响。结果表明,经过应力退火工艺能有效增大应力阻抗变化率,零应力场下材料的阻抗值大幅降低,同时阻抗值随应力增加而急剧增大,存在一个峰值,80 MPa拉应力、300℃退火处理时材料的最高阻抗变化率ΔZ/Zσ=0%达到258%,灵敏度SGF达到13.0%/MPa。     

介观尺度切削过程的材料本构关系分析

应用应变梯度理论,建立了考虑尺度效应的介观切削材料本构关系;应用建立的本构关系对于不同切削条件时材料的应力-应变关系进行了分析研究。研究表明:随着切削厚度的增加,材料力学性能曲线逐渐向宏观Johnson-Cook(JC)模型靠近;当前角增大时,剪切角随之增大,材料内部的应力加大,材料的尺度效应越明显,因此适当增大刀具前角有利于介观尺度切削;切削刃半径对材料性能的影响比较明显,随着切削刃半径的减小,材料性能的尺度效应逐渐显著,要实现介观尺度切削,刀具切削刃半径必须极小。     

泡沫铝复合结构的应力波防护性能研究

为研究泡沫铝复合结构对应力波的防护能力,利用传统和改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对不同相对密度及不同厚度组合的泡沫铝-铝板复合结构进行冲击试验。研究结果表明：泡沫铝作为夹层,可使入射波分多次传到背板,延迟应力波到达时间,降低了应力波强度。随着泡沫铝夹层厚度的增加,应力波衰减效果明显。泡沫铝-铝板复合结构作为面板,应力波的加载方式发生变化,上升沿得到改善,脉冲宽度增大,最大应力幅值降低,同时吸收大量冲击能,是一种良好的应力波防护材料。增大复合结构中泡沫铝厚度,应力波的上升沿时间延长、斜率减小,应力幅值降低,但脉冲宽度变化不大;铝板厚度对应力波传播影响较小。随着泡沫铝相对密度的增加,经泡沫铝-铝板复合结构作用后,应力波的上升斜率减小,最大应力幅值降低,但脉冲宽度和上升沿时间不变。     

陶瓷/泡沫铝/铝合金复合装甲抗射流侵彻性能

为研究泡沫铝复合装甲抗侵彻性能,根据应力波传播特性对陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构进行了理论分析。从不同泡沫铝夹芯厚度、相同厚度复合装甲下不同前后板厚度及布置方式和复合装甲倾角三方面研究了该复合装甲能量吸收规律、射流头部剩余速度以及不同倾角下装甲的防护性能。结果表明,泡沫铝作为夹芯层可充分降低复合装甲背板质点速度。同一倾角θ下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度减小。泡沫铝厚度为2.4 mm时,射流头部剩余速度最低,复合装甲能量吸收最多,抗侵彻性能最优。同一泡沫铝厚度下,随着t_1/t_2值的增大,接触式复合装甲与间隔式复合装甲的射流头部剩余速度均先降低后增加。t_1/t_2=1时,间隔式复合装甲的抗侵彻性能最优。当仅布置方式不同时,间隔式与接触式复合装甲抗射流侵彻性能的差别较小。随着倾角θ的增大,复合装甲的防护性能先增强后降低。倾角为20°时,复合装甲抗射流侵彻性能最优。     

粉体粒径和薄膜厚度对复合薄膜压磁性能的影响

采用模压成型法制备Fe78Si9B13非晶粉体/丁基橡胶压磁复合薄膜,研究了粉体粒径和薄膜厚度对其压磁性能的影响规律。结果表明：复合薄膜的阻抗随粉体粒径和薄膜厚度的减小而增大;阻抗变化幅度随粉体粒径的减小呈现先增大后减小的趋势,随着薄膜厚度的减小而减小。用复合薄膜压磁性能的等效电路模型对实验结果进行了理论分析,所得结论与实验结果相符合。     

粉体粒径和薄膜厚度对复合薄膜压磁性能的影响

采用模压成型法制备Fe78Si9B13非晶粉体/丁基橡胶压磁复合薄膜,研究了粉体粒径和薄膜厚度对其压磁性能的影响规律。结果表明:复合薄膜的阻抗随粉体粒径和薄膜厚度的减小而增大;阻抗变化幅度随粉体粒径的减小呈现先增大后减小的趋势,随着薄膜厚度的减小而减小。用复合薄膜压磁性能的等效电路模型对实验结果进行了理论分析,所得结论与实验结果相符合。     

冲击加载下Al2O3/SiC复合陶瓷的动态力学行为

陶瓷材料动态力学性能与微观断裂机制研究,对冲击加载下材料的损伤机理认识至关重要.针对Al2 O3/SiC复合陶瓷,采用分离式霍普金森压杆装置完成对试样的一维应力波加载,回收破碎试样颗粒并进行扫描电子显微镜分析.结果表明:一维应力波加载试验实现了对试样的均匀加载,且随着应变率的增加,Al2 O3/SiC复合陶瓷的强度逐渐...     

复合蜂窝夹芯板的防弹机理及其应用

概述了复合蜂窝夹芯板的特性及其在军用、民用防护装备中的应用,讨论了新型钢质蜂窝夹芯板的结构设计、性能特点、制造方法和防弹机理,探讨了利用其轻质结构和优异的防弹性能,制备高性能、低成本防弹车和人体防护材料(防弹衣、防弹背心、防弹头盔)用防弹板的可行性。     

应变率对铁基多孔预制件增强铝基复合材料压缩变形行为的影响

采用挤压铸造法制备了铁基多孔预制件增强铝基复合材料,并对其进行T6处理,通过对该材料进行压缩性能测试,获得材料在不同应变率下的应力-应变曲线,对曲线和压缩后试样的形貌进行分析。结果表明:应变率为0.001~10 s-1,材料对应变率的变化不敏感,其峰值应力基本保持在600 MPa;应变率为1 000~2 700 s-1,材料对应变率的变化也不敏感,峰值应力基本保持在700 MPa;当应变率从10 s-1提高到1 000 s-1,材料的变形方式发生改变,峰值应力提高,试样压缩后的形貌由剪切断裂转变为仅发生塑性变形。应变率为1 000~2 700 s-1,材料的应力-应变曲线上存在很长的平台应力,且随应变率的增加平台变宽,说明该材料具有很好的能量吸收能力。     

聚氨酯泡沫塑料抗冲击性能的实验研究

主要对硬质聚氨酯泡沫塑料（ＲＰＵＦ）以及半硬质聚氨酯泡沫塑料（ＳＲＰＵＦ）的动态力学性能进行了实验研究，并对这两种材料在高应变率冲击载荷作用下的应力波弥散效应以及它们对应变率的敏感性进行了讨论．     

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。     

PTFE基含能药型罩制备及毁伤性能研究

选取了不同PTFE(聚四氟乙烯)基反应材料,通过模压烧结的工艺制备了一批具有一定强度的PTFE基含能药型罩,并利用炸药对其进行直接驱动撞靶实验。结果显示:各PTFE基含能药型罩都能在炸药驱动下成功撞击反应,Mg/PTFE反应材料制备的药型罩和Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料制备的药型罩对靶板开孔效果极好,开孔直径分别为13cm和12cm;而Al/Fe_2O_3(AR)/PTFE反应材料制备的药型罩仅在撞击部位造成变形凹坑。研究表明靶板穿孔效应与PTFE基含能药型罩所能承受的最大真实应力值有关,药型罩所能承受的最大真实应力值过小会导致药型罩对靶板穿孔扩孔失败。     

桥梁用铝合金抗冲击断裂有限元数值模拟

以单一605、606及复合605/606铝合金为样本,用扩展有限元法进行摆锤冲击模拟试验,分析其冲击功、断裂程度、断裂深度等抗冲击断裂行为.结果表明:复合605/606铝合金完全断裂时间比单一铝合金长;5层复合605/606铝合金完全断裂时间比4层、9层长;5层复合605/606铝合金应力呈层状分布,临近605层应力大于606层,5层复合可承受较大拉应力,且冲击面为605铝合金时,605/606复合厚度比与冲击功成反比.因此实际应用中需根据铝合金特点选材,以最大化材料作用.     

溶胶-凝胶法制备RDX/SiO2纳米复合含能材料

利用溶胶-凝胶法制备RDX纳米复合含能材料的干凝胶及气凝胶。采用透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对其形貌和晶体结构进行表征,测试了其热分解性能和撞击感度。结果表明,RDX含量为45%的RDX/SiO2纳米复合含能材料气凝胶的DSC分解峰温提前了15.4℃。SiO2凝胶基体可以降低RDX的撞击感度,并且随SiO2基体含量的增大降低幅度增大。