玄武岩纤维层合板抗侵彻性能试验研究

论文摘要

玄武岩纤维是一种新型高性能无机纤维,性能稳定,具有良好的力学性能和环保特性。随着生产工艺的改进与发展,其生产成本不断降低,应用范围得到了逐步拓展,最近几年在民用、国防等领域也得到越来越广泛的应用。项目对国内外研究资料进行了广泛收集和系统整理,分析了玄武岩纤维材料的研究现状及纤维板的抗侵彻机理。在此基础上,项目开展了玄武岩层合板的静力性能和弹道性能试验,.并对玄武岩层合板的侵彻过程进行了数值模拟。通过试验研究和数值模拟,分析了玄武岩纤维板静力学性能与纤维层数之间关系,拟合了玄武岩纤维板的弹道极限、吸能效果及弹体的剩余速度与面密度之间的关系；同时对比分析了玄武岩纤维与玻璃纤维的力学性能及抗侵彻能力,得到了两者在力学性能上具有很多相似之处,在纤维束直径差别不大的条件下具有相近的弹道极限。作为一种性价比较高的无机高性能纤维,玄武岩纤维在野战工事及防护工程的关键部位具有广阔的应用前景。通过本项目的研究初步认识了玄武岩层合板的静力学和抗侵彻能力的特点,为玄武岩层合板的抗弹性能设计提供了可供参考的经验公式,该研究成果必将为进一步研究或开发玄武岩纤维防护产品提供有益的参考和技术储备。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 玄武岩纤维的发展概况及应用现状
• 1.2.2 纤维的应力应变率效应研究现状
• 1.2.3 玄武岩纤维混凝土的研究现状
• 1.2.4 纤维层合板冲击性能研究现状
• 1.3 研究内容和技术路线
• 第二章 纤维材料理论分析
• 2.1 平行纤维韦布强度理论
• 2.2 侵彻理论分析模型
• 2.2.1 能量耗损模型
• 2.2.2 分层耗损模型
• 2.2.3 分阶段分析模型
• 2.3 侵彻历程分析
• 2.4 经验公式
• 2.4.1 弹道极限、剩余速度及初始侵彻速度的关系
• 2.4.2 弹道极限与靶板面密度的关系
• 2.5 小结
• 第三章 玄武岩纤维层合板静力性能试验
• 3.1 试件制作
• 3.2 拉伸试验
• 3.2.1 拉伸试验计算方法
• 3.2.2 试验结果分析
• 3.3 弯曲试验
• 3.3.1 弯曲试验计算方法
• 3.3.2 试验结果分析
• 3.4 纤维层合板静力学分析
• 3.4.1 层合板的力学模型
• 3.4.2 层间应力分析
• 3.5 小结
• 第四章 玄武岩纤维层合板抗侵彻性能试验
• 4.1 靶板的分类
• 4.2 纤维材料弹道性能的评价方法
• 4.3 靶板的制作
• 4.4 试验量测系统
• 4.4.1 发射装置
• 4.4.2 量测系统
• 4.5 试验结果及分析
• 4.5.1 纤维层合板破坏形式
• 4.5.2 不同制作工艺对玄武岩纤维层合板抗侵彻性能影响
• 4.5.3 玄武岩纤维与玻璃纤维混杂层合板抗侵彻性能
• 4.5.4 玄武岩纤维层合板抗侵彻性能
• 4.6 玄武岩纤维层合板抗弹吸能形式分析
• 4.7 小结
• 第五章 玄武岩纤维层合板抗侵彻性能数值模拟
• 5.1 AUTODYN程序简介
• 5.2 控制方程
• 5.3 离散方法
• 5.4 人工粘性
• 5.5 沙漏控制
• 5.6 状态方程和材料模型
• 5.6.1 纤维的材料模型
• 5.6.2 弹丸的材料模型
• 5.7 数值模拟分析
• 5.7.1 玄武岩纤维层合板破坏过程分析
• 5.7.2 弹体加速度变化情况
• 5.7.3 弹体速度变化过程
• 5.7.4 弹体能量变化情况
• 5.8 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论及创新点
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在学期间的研究成果
• 致谢