基于SPH方法的纤维材料超高速碰撞模拟

摘要

纤维材料计算模型一般采用均匀连续各向异性单元，然而防护结构超高速撞击问题中，冲击波作用下纤维材料的冲击动力学行为具有强局域性，与细观尺度上材料织构密切相关。我们利用光滑粒子动力学方法(SPH)建立纤维几何模型，并结合纤维断裂模型进行纤维材料的超高速碰撞计算，讨论在不同速度、不同种类碎片云撞击下纤维编织方法、纤维排布方式以及纤维性能(如模量、强度)对纤维材料防护性能的影响，为纤维防护材料的设计提供依据以及评价手段。以纤维束为对象，拓展以上计算模型，我们初步开展了复合材料宏观尺度的超高速撞击响应与破坏过程的动力学模拟。相对于基于平均化的传统模型，这种反映纤维材料织构的计算模型能够描述冲击响应的局域特征。本文通过电炮实验获取的复合材料自由面速度历史，结合一系列大规模数值计算，进一步修正材料的失效模型，为发展纤维材料超高速碰撞材料模型奠定基础。