防弹(抗冲击)船用复合材料的开发与技术研究

摘要

玻璃钢船在内河以及沿海周边行驶时，会受到水及河海内沙石的冲击。这些因素要求船体本身具有一定的强度、刚度。随着高速水运及多功能船艇的需求，人们对船体材料结构强度、抗冲击性能的要求也进一步提高，所以研究防弹抗冲击船用复合材料对于船艇的发展具有重要的意义。
　　 防弹抗冲击等问题是军工研究较多领域。本文的目的是针对船艇对抗冲击及防弹等特殊性能的要求，研究一种符合要求的船用防弹抗冲击复合材料。论文的研究采用实验与理论计算模拟结合的方法，主要从以下几个方面开展抗冲击船用复合材料的研究：
　　 1.论文从船体材料的选择入手，通过对比不同纤维材料的性质及结构对复合材料防弹抗冲击性能的影响，优选出芳纶纤维作为增强材料。纤维不同结构对复合材料的基本性能及抗冲击性影响不同，通过实验选择合适的纤维编织形式。
　　 2.选择船用树脂作为基体材料，利用Maxwell模型作为基本理论，结合纤维及树脂基体断裂延伸率接近的原则，对树脂基体与纤维进行匹配，并通过实验对比选择较优的匹配方式。
　　 3.通过实验比较不同工艺方式对复合材料防弹抗冲击性能的影响，结合船体制作过程选择合适树脂含量及成型工艺。
　　 4.数值模拟的方法可以完整的求解出弹丸穿透靶板的应力、应变、弹丸的速度、加速度和靶板的破坏情况。有限元的应用使得数值法的计算结果较为精确。本文利用有限元Ansys ls-dyna软件对复合材料冲击破坏过程、应力、应变等进行模拟，并可以求解弹丸冲击的初始速度及剩余速度。
　　 5.根据抗冲击复合材料靶板结构设计的理论分析，采用脆性层+吸能层的思路设计抗弹复合材料，利用数值计算比较玻璃钢及芳纶纤维增强复合材料不同铺层顺序的抗冲击性能。

目录

文摘

英文文摘

第1章

1.1 纤维增强复合材料在船艇中的应用概况

1.1.1 纤维增强树脂基复合材料船艇的发展

1.1.2 复合材料用于船艇的特点

1.2 纤维增强树脂基复合材料船体的制造及性能

1.2.1 纤维增强树脂基复合材料船艇制造工艺

1.2.1 复合材料对船艇性能的影响

1.3 复合材料抗冲击以及船用抗冲击复合材料

1.3.1 抗冲击纤维增强树脂基复合材料研究进展

1.3.2 船用抗冲击复合材料概述

1.4 纤维增强复合材料抗冲击机理概述

1.4.1 复合材料冲击损伤及性能表征

1.4.2 复合材料抗弹性能的表征

1.4.3 复合材料防弹抗冲击机理研究进展

1.4.4 复合材料冲击破坏形式及机理

1.5 本论文的研究内容

第2章 材料的选择及工艺的确定

2.1 抗冲击船用增强材料的选择

2.1.1 船用增强材料的类型

2.1.2 纤维编织结构对复合材料力学及冲击性能的影响

2.1.3 纤维材料对复合材料防弹抗冲击性能的影响

2.1.4 结论

2.2 船用基体树脂材料的选择

2.2.1 基体材料的概述

2.2.2 船体树脂的选择

2.2.3 树脂基体与纤维匹配的基本原理

2.2.4 树脂材料对复合材料抗冲击性能的影响

2.2.3 树脂含量对纤维增强复合材料的防弹性能影响

2.2.4 结论

2.3 复合材料工艺对其抗冲击性能的影响

2.3.1 实验材料及仪器

2.3.2 靶板材料的制作及测试方法

2.3.3 实验结果

2.3.4 实验结论

2.4 结论

第3章 复合材料弹道冲击的分析与模拟

3.1 弹道冲击的研究方法概述

3.2 ANSYS LS-DYNA概述

3.2.1 LS-DYNA的功能

3.2.2 LS-DYNA的分析流程

3.3 算法结构与单元类型

3.3.1 LS-DYNA显示动力分析

3.3.2 选用的单元及材料类型

3.4 弹丸侵彻复合材料模型

3.4.1 模型的建立

3.4.2 接触界面的定义

3.5 弹丸冲击靶板材料的应力应变情况

3.6 结论

第4章 复合材料结构对抗冲击性能影响的模拟计算

4.1 抗冲击复合材料结构概述

4.2 有限元数值计算结果

4.2.1 单层复合材料板的计算分析

4.2.2 复合材料不同铺层的模拟

4.4 结论

第5章 总结及展望

参考文献

致谢