弹道明胶力学性能测试

摘要

弹道明胶通常用作模拟人体受到弹丸毁伤时的替代物，但是缺少其材料参数和合适的本构模型，无法进行数值模拟。本文主要以试验为主，得到弹道明胶的材料参数，并建立了合适本构模型。首先用严格的试件制备方法制备出用于准静态和动态试验的弹道明胶试件。然后利用万能材料试验机对弹道明胶准静态压缩力学性能进行全面系统的测量，对10℃、20％的弹道明胶进行准静态拉伸试验。对不同材质加载杆与弹道明胶波阻抗的匹配性进行研究;对电阻应变片、半导体应变片和PVDF压电薄膜三种信号采集方法进行了对比分析;对不同材质（硬纸片、橡胶）和形状的整形器对入射波的整形效果进行了试验研究。结果表明，通过使用硬纸片作为整形器可以获得完美的入射加载波，并以铝杆和半导体应变片测试相结合的方法获得了弹道明胶应变率5800/s～13000/s下的动态力学特性数据。试验结果表明，弹道明胶在低应变率和高应变率的范围内有着明显的应变率效应。当应变为0.5时，七组应变率(0.001/s、0.01/s、0.1/s、5800/s、7900/s、10400/s和13000/s)下的应力从低到高依次为48.53KPa、103.1KPa、182.0KPa、20723KPa、57443KPa、87265KPa和165590KPa。利用高速摄影机研究了长圆柱形弹道明胶试样中冲击波的传播特性。最后根据现有的超弹性本构模型对试验数据进行一一拟合，最终得到一种适用于准静态的含应变率的本构模型，两种适用于动态的含应变率的本构模型。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景及意义

1．2弹道明胶力学特性研究进展

1．3软材料动态力学试验研究进展

1．4本文主要研究内容

2弹道明胶的准静态力学性能测试

2．1试样的制备

2．2准静态压缩试验

2．2．1准静态压缩试验方法

2．2．2准静态压缩试验结果

2．3准静态拉伸试验

2．3．1准静态拉伸试验方法

2．3．2准静态拉伸试验结果

2．4本章小结

3弹道明胶动态力学性能测试

3．1霍普金森压杆试验装置

3．2杆件的洗柽

3．3传感器的选择

3．3．1电阻应变片

3．3．2半导体应变片

3．3．3 PVI)F压电薄膜传感器

3．4对入射加载波要求

3．5弹道明胶内部波的传播

3．6弹道明胶的动态压缩力学特性

3．7本章小结

4弹道明胶本构模型

4．1引言

4．2应变能密度函数

4．3几种常见本构模型的拟合

4．3．1 Ogden超弹性模型

4．3．2 Yeoh超弹性模型

4．3．3 Neo-Hookean超弹性模型

4．3．4 Mooney-Rivlin超弹性模型

4．4含应变率的本构关系

4．4．1基于Ogden本构模型的粘超弹性本构模型

4．4．2基于试验数据直接拟合的本构模型

4．5本章小结

5全文总结与展望

5．1本文主要研究工作

5．2本文的局限性和展望

致谢

参考文献

附录