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三维正交机织复合材料中经、纬纱伸直平行排列,不存在其他机织物中的经纬纱卷曲,具有极高的面内刚度;同时,Z纱与面内的经、纬纱相交成90°,使厚度方向具有极高的断裂韧性和冲击损伤容限。
本文将在复合材料细观结构尺度上研究弹道侵彻破坏。主要内容是:(1)以玻璃纤维作为经纬纱,芳纶纤维作为Z纱织造四经五纬三维正下交机织物;借助真空辅助树脂转移成型技术,以不饱和聚酯为原料制造三维正交机织复合材料;(2)测试复合材料弹道侵彻性质,得到复合材料弹道侵彻过程中子弹的入射速度和剩余速度;同时观测复合材料冲击破坏形态;(3)基于复合材料的真实细观结构,建立细观结构模型,运用商用有限元软件ABAQUS/Explicit计算复合材料弹道侵彻破坏过程;(4)发现三维正交复合材料不同破坏机制:三维正交机织复合材料不产生冲击分层,纤维断裂和基体开裂是主要吸能模式,复合材料冲击破坏是最主要的破坏模式。
本课题采用研究方法和结果将为防弹衣、装甲车等防护装备性能的优化与设计提供依据,并可进一步应用于复合材料冲击防护性能预测和评估。