【摘 要】
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民航飞机爆炸事故危险性高,社会影响大,为保证飞行安全性,适航规章对客舱防爆提出了设计要求。随着材料科学的进步,高性能纤维以其轻质高强的特性在防弹抗爆领域得到了重视和发展。而目前国内外对纤维织布抗爆性能的研究相对有限,因此开展高性能纤维织布的抗爆性能及影响因素具有重要意义。本文结合国家重点研发计划研究项目,针对国产高性能芳纶纤维织布F-268、碳纤维HF30S-12K织布、超高分子量纤维织布ZTZ-
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民航飞机爆炸事故危险性高,社会影响大,为保证飞行安全性,适航规章对客舱防爆提出了设计要求。随着材料科学的进步,高性能纤维以其轻质高强的特性在防弹抗爆领域得到了重视和发展。而目前国内外对纤维织布抗爆性能的研究相对有限,因此开展高性能纤维织布的抗爆性能及影响因素具有重要意义。本文结合国家重点研发计划研究项目,针对国产高性能芳纶纤维织布F-268、碳纤维HF30S-12K织布、超高分子量纤维织布ZTZ-24,开展了织布的力学性能试验、爆炸冲击试验及数值模拟,基于试验和计算结果对织布抗爆性能的影响因素进行了分析。论文对三种纤维织布分别进行了准静态、动态拉伸试验,获得了三种织布基本的力学参数和动态失效行为,建立了材料的本构和失效模型;对织布进行爆炸试验,观察到织布在冲击方向前后振荡、鼓凸变形,自由边出现收缩、纱线拉脱等响应行为,试验后织布出现破孔、撕裂、烧蚀等失效模式;利用LS-DYNA建立了织布有限元模型及爆炸冲击数值分析模型。通过爆炸超压、响应行为、失效模式及破孔尺寸验证了模型的有效性,分析得到了冲击过程中的织布损伤演化规律和织布能量耗散机制,并与常用的金属材料钢和铝合金的抗爆能力进行了对比。讨论了不同织布厚度、不同层叠方式以及厚度方向缝合对织布防护性能的影响。研究表明碳纤维织布不适合单独作为抗爆材料,超高分子量聚乙烯织布受温度影响较大,不适合作为迎爆面;计算得到各厚度织布的变形峰值与比例距离呈反比例关系,厚度方向缝合会影响织布的变形模式,可以增强织布的抗爆能力;改变织布的层叠角度,可以提高织布的抗破孔能力;在混杂层叠织布中,超高分子量聚乙烯织布层耗散了大部分能量,提高超高分子量聚乙烯层的比例可以增加吸能量。通过对高性能纤维织布的抗爆性能及影响因素研究,建立了柔性织布爆炸冲击的试验和数值分析方法,对三种织布的抗爆能力进行了评估,研究结论可支持柔性抗爆结构的选材和功能设计。
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