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1、浙江理工大學(xué)碩士學(xué)位論文抗沖擊侵徹復(fù)合材料組分高應(yīng)變率效應(yīng)研究摘要抗沖擊侵徹復(fù)合材料在復(fù)合特征上與一般結(jié)構(gòu)復(fù)合材料有很大的不同(1．樹脂基體含量通常在20％以下；2．纖維與樹脂以弱界面結(jié)合，纖維集合體內(nèi)部的大量纖維未與基體復(fù)合。)，從而很難準(zhǔn)確地對(duì)這種復(fù)合材料在高速?zèng)_擊下的力學(xué)性能進(jìn)行表征和預(yù)報(bào)，鑒于此，組分材料的應(yīng)變率效應(yīng)研究得到重視，尤其是纖維的高應(yīng)變率響應(yīng)行為研究對(duì)抗沖擊侵徹復(fù)合材料研究具有針對(duì)性。分離式Hopkinson拉／壓桿是研究材料在應(yīng)變率范圍為102／s～106／s下動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系的主要手段。本文分別
2、對(duì)纖維和樹脂組分進(jìn)行了大的應(yīng)變率范圍內(nèi)的拉伸和壓縮試驗(yàn)，并探討了它們?cè)诟咚贈(zèng)_擊下的破壞機(jī)理和能量吸收特性。首先簡單介紹了用于纖維束和纖維復(fù)合材料高應(yīng)變率下力學(xué)性能測試的桿一桿型沖擊測試裝置一分離式Hopkinson桿，描述該測試裝置的主要硬件構(gòu)成、信號(hào)采集和分析計(jì)算。本論文即通過這種測試裝置，進(jìn)行了纖維的動(dòng)態(tài)拉伸及樹脂的動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)。利用分離反射式Hopkinson拉桿(Sptit—HopkinsonTensileBar簡稱SHTB)對(duì)芳綸和高強(qiáng)聚乙烯纖維束在高應(yīng)變率下(Technora：450／s～3500／s，
3、UHMWPE：2200／s～2500／s)進(jìn)行了沖擊拉伸試驗(yàn)，獲得在不同應(yīng)變率下纖維束完整的應(yīng)力應(yīng)變曲線，結(jié)果表明：它們的應(yīng)力和模量都隨應(yīng)變率提高而有不同程度的提高，破壞應(yīng)變和斷裂應(yīng)變能密度先提高后在應(yīng)變率大于1750／s時(shí)開始下降。根據(jù)纖維統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度理論，用雙Weibull分布函數(shù)建立了芳綸纖維束在各個(gè)應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)本構(gòu)方程，發(fā)現(xiàn)與試驗(yàn)結(jié)果有很好的擬合，可以很好地描述這種纖維柬動(dòng)態(tài)拉伸的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。在纖維的力學(xué)性能測試和纖維斷口觀察的基礎(chǔ)上，分析了纖維力學(xué)性能和抗沖擊侵徹性能之間的關(guān)系，抗侵徹復(fù)合材料纖維組分
4、應(yīng)具有高比強(qiáng)度、高比模量和適中的斷裂伸長。在研究的應(yīng)變率范圍內(nèi)，芳綸纖維斷口的SEM照片呈現(xiàn)的塑性流動(dòng)、軸向劈裂和原纖化說明該纖維是一種強(qiáng)韌性的材料。軸向劈裂和原纖化可吸收能量，阻斷裂縫擴(kuò)展，這符合防彈裝甲的需要。利用電子萬能試驗(yàn)機(jī)和分離式Hopkinson壓桿(Split—HopkinsonPressureBar簡稱SHPB)對(duì)乙烯基樹脂進(jìn)行了大的應(yīng)變率范圍下(10‘4／s～5．8X103／s)的壓縮試驗(yàn)，考察了試樣壓縮失穩(wěn)和破壞的形貌。結(jié)果表明：在準(zhǔn)靜態(tài)加載下(3．3×10’4／s～6．6x10。3／s)，材料
5、浙江理工大學(xué)碩士學(xué)位論文呈現(xiàn)韌性破壞，失穩(wěn)應(yīng)力、失穩(wěn)應(yīng)變能密度均隨應(yīng)變率的提高而提高，失穩(wěn)應(yīng)變隨應(yīng)變率的提高而降低；在高應(yīng)變率下(950／s～5800／s)，材料呈脆性破壞，失穩(wěn)應(yīng)力、失穩(wěn)應(yīng)變能密度均隨應(yīng)變率的提高呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，而失穩(wěn)應(yīng)變也隨應(yīng)變率的提高而提高，這與準(zhǔn)靜態(tài)的情況不同，在高應(yīng)交率下，材料發(fā)生了“強(qiáng)迫高彈形變”的緣故。本文提出的纖維柬應(yīng)變率相關(guān)的統(tǒng)計(jì)本構(gòu)方程和相應(yīng)的確定方程中力學(xué)參量的方法也適用于其它纖維，有一定的普遍意義。本文得到的纖維與樹脂動(dòng)態(tài)條件下的本構(gòu)關(guān)系可以用于復(fù)合材料的性能分析和沖擊現(xiàn)象
6、的數(shù)值模擬。關(guān)鍵詞；芳綸纖維，高強(qiáng)聚乙烯纖維，乙烯基樹脂，沖擊拉伸，沖擊壓縮，應(yīng)變率效應(yīng)ll塑堅(jiān)堡三查蘭堡主蘭堡絲苧——一AnInvestigationintoHighStrainRateEffectofComponentMaterialsforAnti—PenetrationCompositesAbstractThestructureofanti—penetrationcompositesisverydifferentfromthatofgeneralcompositematerials．Ingeneral，it
7、isdifficulttoforecastaccuratelythemechanicalpropertiesofsuchcompositematerialsunderhighvelocityimpact．Therefor,thepropertiesofcomponentmaterialsunderhi曲strainratearepaidmuchattentionto，becausemeyareveryimportantforanalysisofballisticimpact．Especially,therespon
8、sebehavioroffibersunderhighstrainrateprovidesmuchkeyinformationfortheimprovementofanti-penetrationcompositesdesigningandtheevaluationoftheirproperties．TheapparatusofsplitHopkinsont
