近年来,随着国际社会恐怖组织犯罪愈加猖獗,很多国家对枪支管理更加严格,但刀具等利器还未受到管制,持刀行凶的作案方式给人们带来的威胁仍然存在。本课题通过对防刺服的防刺机理分析,利用有限元法建立了防刺服的等效冲击有限元仿真模型和人体着装防刺服的冲击有限元仿真模型。通过设计研发人体防刺装备冲击试验机,分别做了防刺材料冲击物理实验和人体着装状态下的防刺服冲击物理实验,用来验证两个冲击有限元仿真模型。应用两种仿真模型分析了在不同的初始速度下的防刺服的防护性能。本课题的结论如下:(1)研究分析了防刺服的防刺机理,包括刀具以零度或以某一角度入射角刺入防刺服时,防刺服的受力情况分析。得出刀具以零度入射角或以小于45度入射角刺入防刺服时,上层防刺层抗剪切性能强。随着层数增多,防刺层材料抗拉伸性能逐渐增强有利于提高防刺材料的防刺性能。当刀具以大于45度入射角刺入防刺服时,防刺材料表层抗拉伸性能力强,底层抗剪切能力逐渐增强有利于提升防刺材料的防刺性能。(2)设计并研发了人体防刺装备冲击试验机。该冲击试验机可以测试多种防刺材料的防护性能,且能够测试人体着装防刺服状态下的防刺服的防护性能。该设备能够实现冲击刀具以0度和45度角冲击防刺服,测试数据包括冲击力随时间变化曲线、加速度随时间变化曲线,且能够测试冲击刀具接触到防刺服瞬间的速度。(3)建立、验证并应用防刺服的等效冲击有限元仿真模型。通过对防刺服的防刺机理分析,建立防刺服胸部的简化几何模型,通过分析防刺服的等效有限元模型的构建原则,确定材料本构模型及失效准则,根据实际冲击情况确定有限元模型的载荷和边界条件,网格划分类型,相互接触等,建立防刺服的等效冲击有限元仿真模型。通过对比防刺材料冲击物理实验结果验证防刺服的等效冲击有限元仿真模型,结果发现,两种实验结果具有较好的一致性,防刺服的等效冲击有限元仿真模型有效。应用防刺服的等效冲击有限元仿真模型分析了不同初始速度下的防刺材料的防护性能。(4)建立、验证并应用人体着装防刺服的冲击有限元仿真模型。通过防刺服的等效冲击有限元仿真模型,进一步完善模型并建立人体着装防刺服的冲击有限元仿真模型。使用逆向建模方法建立人体与防刺服几何模型,根据几何模型的不同,使用两种有限元软件划分网格,并对比了网格的优劣。根据实际情况创建边界条件、载荷和相互作用等,建立了人体着装防刺服的冲击有限元仿真模型。使用人体防刺装备冲击试验机做人体着装防刺服的冲击物理实验,包括实验用防刺服的设计与制作,实验方案设计等,对比分析了物理实验与仿真实验结果,结果发现:整体来看,由于人体着装防刺服的冲击有限元模型的复杂性,试验结果存在略微差异,但整体模型的仿真结果与物理实验结果匹配度较高,两种实验结果具有较好的一致性。应用人体着装防刺服的冲击有限元仿真模型分析了不同初始速度下的防刺服的防护性能。本课题中,冲击有限元模型的建立方法能够为功能性服装的建模方法提供技术路线与建模思路,同时所建立的防刺服的等效冲击有限元模型与人体着装防刺服的冲击有限元模型能够应用于多种防刺材料的防刺性能验证分析。图59幅,表14个,参考文献61篇。