抗沖擊侵徹復(fù)合材料組分高應(yīng)變率效應(yīng)研究.pdf

1、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(shù)脂基體含量正常在20％以下；2.纖維與樹(shù)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。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～105/s下動(dòng)態(tài)本關(guān)系的主要手段。本

2、文分別對(duì)纖維和樹(shù)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(jiǎn)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(cè)試的桿-桿型沖擊測(cè)試裝置—分離式Hopkinson桿，描述該測(cè)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(guò)這種測(cè)試裝置，進(jìn)行了纖維的動(dòng)態(tài)拉伸及樹(shù)脂的動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)。 利用分離反射式Hopkinson拉桿(Split-HopkinsonTensi

3、leBar簡(jiǎn)稱SHTB)對(duì)芳綸和高()聚乙烯纖維束在高應(yīng)變率下(Technora.450/s～3500/s，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(kāi)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，

4、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束動(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(cè)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)合材料纖維組分應(yīng)具有高比強(qiáng)度、高比模量和適中的斷裂伸長(zhǎng)。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(shuō)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(wàn)能試驗(yàn)機(jī)

5、和分離式Hopkinson壓桿(Split-HopkinsonPressureBar簡(jiǎn)稱SHPB)對(duì)乙烯基樹(shù)脂進(jìn)行了大的應(yīng)變率范圍下(10-4/s～5.8×103/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～6.6×10-3/s)，材料呈現(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