【摘 要】
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随着防弹装备的不断发展,纤维增强树脂基复合材料因其高强、高韧、轻质等优点被广泛运用在单兵作战领域。聚酰亚胺（PI）纤维是近些年来新兴的一种高性能有机纤维,具有优异的力学性能、耐高低温性能、耐紫外性能、耐环境性能等,其防护材料能够承受高速的弹道冲击,可在极端战场环境下正常使用,在防弹领域展现了良好的应用前景。子弹侵彻复合材料靶板的机理较为复杂,复合材料在高应变率下的动态力学响应是目前研究的重点。本文
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随着防弹装备的不断发展,纤维增强树脂基复合材料因其高强、高韧、轻质等优点被广泛运用在单兵作战领域。聚酰亚胺（PI）纤维是近些年来新兴的一种高性能有机纤维,具有优异的力学性能、耐高低温性能、耐紫外性能、耐环境性能等,其防护材料能够承受高速的弹道冲击,可在极端战场环境下正常使用,在防弹领域展现了良好的应用前景。子弹侵彻复合材料靶板的机理较为复杂,复合材料在高应变率下的动态力学响应是目前研究的重点。本文对PI纤维的动态力学响应和防弹性能展开研究。通过动态力学测试研究了 PI纤维在高应变率下的拉伸性能和压缩性能,通过宏观和微观形貌分析了断裂失效机理;基于弹道试验测试PI纤维复合材料靶板的弹道极限速度V50,研究了树脂比例、树脂类型、增强体形态、枪弹类型、纤维种类等因素对防弹性能的作用,通过靶板和弹孔的宏观和微观形貌分析子弹的侵彻机理和靶板的吸能机理。研究结果表明:（1）高速拉伸时,PI纤维的断裂应力和模量升高,而断裂伸长率有所降低。PI纤维在准静态下断裂时,断口会产生塑性流动;高应变率下纤维的轴向劈裂加剧,原纤化现象明显,并迸发出很多微纤。纤维丝束的weibull强度分布模型表明,纤维在高速拉伸时,薄弱处断裂的概率降低,断裂应力升高,与实验结果相吻合。为PI纤维在防弹方面的应用提供了理论基础。（2）高速压缩时,聚酰亚胺纤维增强复合材料的压缩强度和断裂伸长率都有所升高;碳纤维增强复合材料的压缩强度较准静态低,断裂伸长率变高;混杂纤维增强复合材料（HFRP）的压缩强度在两者之间,且随应变率的升高而变大。通过合理的结构设计,HFRP在高速压缩下保持一定的强度的同时,可以展现出优异的韧性特征。（3）弹道试验中,复合材料的树脂含量小于20%时,有利于提升层合板的防弹性能;UD结构的防弹性能优于织物结构;热塑性树脂体系的防弹性能优于热固性树脂;UD结构防铅心弹效果更佳,织物结构防破片效果更佳;迎弹面和背弹面的破坏方式分别为剪切破坏和拉伸破坏;PI纤维靶板防弹性能优异,在防弹领域有着巨大的应用潜力。
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