纬编针织物防刺机理研究

论文摘要

个体防护(或者叫个体装甲)材料的研制和开发在军用领域和民用领域都得到了快速的发展。在我国民用的防刺材料产品的应用比防弹材料的前景更为看好。针织结构为基础的防护材料具有重量轻、性价比高、可设计性强以及可以实现大面积防护等特点，在防弹头盔、高性能防护头盔、防弹衣、防刺服、防割材料等领域有着广泛的应用，防刺材料市场的前景是十分广阔。目前国内外关于防刺产品开发方面的研究很多，但存在防刺产品理论滞后实践、实践缺乏理论的缺陷，本课题主要对纬编针织物防刺机理进行研究，课题的完成为针织物在防刺产品的应用打下理论基础。本文采用一种测试高性能纤维沿横截面剪切性能的测试方法，得出纱线的剪切特征曲线，可以通过所测得的剪切曲线求得纱线的剪切力、剪切模量等指标，分析了纱线的剪切破坏机理和剪切性能影响因素，讨论了纱线的剪切特性速率相关性，该研究成果可以作为建立纬编针织物刺物准静态侵彻计算模型的基础。本文根据纬编针织物的结构特点，采用岛津拉伸测试仪器实验装置，模拟纬编针织物线圈纱线间摩擦作用形式，对高性能纤维纬编针织物纱线间摩擦进行测试试验，分析了摩擦条件对摩擦力和摩擦系数的影响，其测试结果可以作为纬编针织物刺物准静态侵彻计算模型的基础。本文通过设计纬编针织物线圈滑移扩张长度实验，对单面纬编针织物在刺物刺入过程中线圈纱线滑移进行研究，分析线圈纱线滑移扩张的大小、影响因素和计算方法，建立了纬编针织物紧密织物线圈长度模型和刺物刺入抽紧线圈长度模型，其结果可作为建立纬编针织物刺物准静态侵彻计算模型的基础。本文利用岛津万能试验机和自行设计的试验装置进行纬编针织物刺物准静态侵彻实验，对单面纬编针织物在刺物刺入过程中的破坏过程和机理、刺物准静态侵彻响应特性、结构参数与防刺性能关系理论进行研究，建立了纬编针织物刺物准静态侵彻计算模型。本课题的研究紧跟国际形势，为个体防刺装甲材料的发展做出了一定的贡献。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 防刺产品的国内外发展概况
• 1.3 防刺机理研究状况
• 1.4 存在的问题和本课题主要研究的内容
• 1.5 论文研究相关理论基础
• 1.5.1 防割
• 1.5.2 防弹
• 1.5.3 纱线防割性能研究
• 1.5.4 纱线动态冲击性能的研究
• 1.5.5 织物结构与力学性能研究
• 第二章 高性能纤维纱线沿横截面的剪切性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验装置及测试方法原理
• 2.3 剪切曲线分析
• 2.4 测试结果
• 2.5 讨论
• 2.6 高性能纤维纱线沿截面剪切性能的速率相关性研究
• 2.6.1 芳纶高性能纤维纱线速率变化测试结果
• 2.6.2 其他种类高性能纤维纱线速率相关性
• 2.6.3 讨论
• 2.7 小结
• 第三章 高性能纤维纬编针织物线圈纱线间摩擦研究
• 3.1 前言
• 3.2 纤维材料摩擦理论
• 3.2.1 纤维材料摩擦结构模型
• 3.2.2 结构与形态学影响因素的实验研究
• 3.3 纱线滑移/摩擦测试
• 3.4 测试结果及讨论
• 3.5 结论
• 3.6 小结
• 第四章 刺物刺入前后针织物线圈的几何模型
• 4.1 刺物刺入前针织物线圈的几何模型
• 4.2 刺物刺入后针织物的线圈几何模型
• 4.3 针织物线圈物理模型
• 4.4 被刺入线圈纱线扩张长度变化
• 4.5 线圈长度测试试验及分析
• 4.6 线圈扩张长度测试试验及分析
• 4.7 刀刃角度对线圈扩张长度影响
• 4.8 结论
• 4.9 针织线圈几何建模的指导思想
• 4.10 几何模型的数学实现方法
• 4.10.1 纱线中心轴的数学表示
• 4.10.2 四点形式的参数三次曲线
• 4.10.3 四点形式的参数三次曲线定义的线圈几何模型控制点坐标的确定
• 4.11 模型参数的确定
• 4.12 模型的验证
• 4.13 小结
• 第五章 纬编针织物防刺机理理论和计算模型
• 5.1 刺物刺入穿透阻力研究
• 5.1.1 刺物所受的压力
• 5.1.2 刺物截面形状对刺物与纱线间压力的影响
• 5.1.3 刺物形状对穿透阻力的影响
• 5.2 穿透速度和加速度对穿透力的影响
• 5.3 刺物刺入过程中纬编针织物线圈变形特性
• 5.3.1 刺入方向与纬编针织物线圈变形特性
• 5.3.2 纬编针织物线圈变形“锁紧”状态
• 5.4 刺物刺入过程中纱线张力变化分析
• 5.4.1 刺入方向与线圈纱线张力变化分析
• 5.4.2 线圈之间纱线作用力分析
• 5.5 刺物刺入过程线圈纱线张力和吸能模型
• 5.6 刀刃角度对线圈纱线张力模型的影响
• 5.7 纬编针织物刺物准静态侵彻实验研究
• 5.7.1 织物破坏形式
• 5.7.2 测试曲线
• 5.7.3 试样参数和测试结果
• 5.7.4 结论
• 5.8 模型的验证
• 5.9 小结
• 总结
• 附注 刺物刺入过程线圈纱线张力模型推导过程
• 参考文献
• 研究生发表论文
• 致谢