摘要: 介紹了鋼球貫穿纖維增強(qiáng)復(fù)合材料靶板的一維工程近似分析方法.鋼球被假定為剛體，復(fù)合材料靶被近似為橫觀各向同性彈塑性材料.通過(guò)將球腔膨脹模型和柱腔貫穿相結(jié)合的方法，提出了一種改進(jìn)的復(fù)合材料靶抗貫穿的工程近似分析方法.利用該方法，對(duì)三維芳綸纖維編織(3DKW)復(fù)合材料靶板開(kāi)展了抗鋼球貫穿的工程近似分析，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致性較好;并進(jìn)一步討論了計(jì)算中材料主要參數(shù)對(duì)靶板抗貫穿規(guī)律的影響。

關(guān)鍵詞: 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料; 工程分析; 橫觀各向同性彈塑性材料; 球腔膨脹模型;柱腔貫穿模型

引言近年來(lái)，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料被廣泛地應(yīng)用于防彈器怦IJ 如復(fù)合裝甲、防彈衣和防彈車等.然而，由于{曼徹問(wèn)題是一很復(fù)雜的科學(xué)難題，受很多因素影響，如彈型、彈體的幾何尺寸以及靶板的本構(gòu)、斷裂破壞行為等，所以目前研究工作大多集中在實(shí)驗(yàn)方國(guó)2J 僅能提供一些經(jīng)驗(yàn)公式，費(fèi)時(shí)費(fèi)錢，且不易更好分析問(wèn)題的物理本質(zhì).隨著計(jì)算機(jī)數(shù)值方法和大型計(jì)算程序的進(jìn)步，對(duì)貫穿問(wèn)題的數(shù)值模擬工作得到長(zhǎng)足發(fā)展，數(shù)值方法給出了合理的計(jì)算物理圖像，但常常不能簡(jiǎn)明清晰地給出各種參數(shù)對(duì)貫穿問(wèn)題的影響.而近似分析方法諸如球腔膨脹模型和柱腔貫穿模型，它們由于其簡(jiǎn)明、清晰和高效，能夠很方便地找到與{曼徹貫穿問(wèn)題相關(guān)的影響因素[江本文在前人研究成果凹的基礎(chǔ)上將球腔膨脹模型和柱腔貫穿模型相櫚合提出了一種改進(jìn)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料靶板抗鋼球貫穿的工程近似分析方法.在球腔膨脹模型下，復(fù)合材料的屈服準(zhǔn)則僅依賴于厚度方向的屈服應(yīng)力通過(guò)區(qū)域平均法計(jì)算得到了材料的浮動(dòng)鎖應(yīng)變，并進(jìn)一步得到球腔壓力;接著提出了柱腔貫穿模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)修正，引入了靶材屈服強(qiáng)度的各向異性修正，以及纖維強(qiáng)度的弱化處理;最后通過(guò)積分鋼球的運(yùn)動(dòng)方程，系統(tǒng)地開(kāi)展了貫穿問(wèn)題的分析計(jì)算并分析了主要材料參數(shù)對(duì)貫穿問(wèn)題的影響計(jì)算結(jié)果與作者所開(kāi)展的鋼球貫穿3DKW 靶板實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合良好。

第一、靶材的理論模型在鋼球系列貫穿纖維增強(qiáng)復(fù)合材料靶板實(shí)驗(yàn)中，由于鋼球的剛度遠(yuǎn)大于靶板材料，可近似為剛樹立由回收的彈丸來(lái)分析，鋼球基本無(wú)變盼.實(shí)驗(yàn)中靶板為3DKW 復(fù)合材料靶(關(guān)于3DKW 復(fù)合材料詳細(xì)信息參見(jiàn)附莉，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是一種正交各向異性材料，但由于實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，面內(nèi)不同方向纖維的強(qiáng)度差異不是很大，3 DKW 可近似作為一種橫觀各向同性彈塑性材料來(lái)處理，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸沿靶板厚度方向，這為準(zhǔn)一維工程分析方法奠定了基礎(chǔ)。

第二、基本假定和基本方程鋼球?qū)M觀各向同性復(fù)合材料靶的垂直貫穿問(wèn)題.為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，我們認(rèn)為貫穿過(guò)程中彈體所受阻力主要是由靶的球形擴(kuò)張變形所產(chǎn)生的球壁徑向壓力所引起的，而彈體垂直運(yùn)動(dòng)的作用只是改變每個(gè)球腔微元的徑向速度和加速度從而改變彈的阻力在不同彈表元素上的分布.這樣我們就把球腔擴(kuò)張和柱腔垂直貫穿的復(fù)雜櫚合作用簡(jiǎn)化為彈體垂直運(yùn)動(dòng)對(duì)球腔對(duì)稱膨脹過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)修正從而將問(wèn)題化為準(zhǔn)一維問(wèn)題。

第三、結(jié)論由以上系列的數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析表明計(jì)算的剩余速度和預(yù)測(cè)的彈道極限與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致性都較好，故本文提出的準(zhǔn)一維工程分析近似方法是合理的、簡(jiǎn)潔的、高效的。

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