织物冲击变形评价的纱线拉拔测试方法

摘要

芳纶织物以其轻质、高比强度、良好的冲击抗性等优点被应用于防弹衣设计中。在高速冲击作用下，织物的变形、纱线的屈曲伸长与拉出、纱线与纱线间的摩擦以及能量的吸收与耗散等宏细观响应极其复杂。传统的冲击实验只能从宏观上对织物的冲击力学性能进行研究，无法对冲击作用下织物的变形过程进行深入研究。本文使用纱线拉拔测试方法将Kevlar49织物受到冲击的过程模型化为织物中纱线拉出的过程，结合数字标记点识别方法对织物的变形过程、纱线的屈曲伸长过程以及能量的吸收机制进行了分析。
　　首先，执行了经纱和纬纱的单纱拉伸测试。结果表明：纱线弹性模量远低于组成纱线的单纤维弹性模量，并且经纱的弹性模量和抗拉强度略小于纬纱。
　　其次，完成了单根经纱拉出测试实验。结果表明，纱线的拉出过程可分为静摩擦阶段和动摩擦阶段。在静摩擦阶段织物整体将产生较大的剪切变形，同时受拉纱线发生屈曲伸长，当拉力达到最大值后进入动摩擦阶段，受拉纱线之间将产生屈曲交换和粘着滑移并伴随能量的吸收与耗散。
　　第三，使用标记点法研究了经纱拉出过程中的织物变形规律。测试结果显示，不同行的纱线具有相似的位移-时间曲线，不同行的剪切角变化趋势也相似，这与拉拔力-时间曲线是完全对应的。
　　第四，研究了不同编织波数对织物受力及变形行为的影响。结果显示：无论经纱还是纬纱的拉出测试，其最大拉力值和最大剪切角都随着纱线编织波数的增加而增大。经纱拉出时最大拉出力对编织波数更加敏感，屈曲程度较大的经纱对试件的剪切变形影响更大。当编织波数相同时，经纱的最大剪切角要大于纬纱，这说明在子弹穿透织物过程中，织物将在径向产生更大的剪切变形。
　　最后，对单纱拉拔测试进行了有限元数值模拟。结果显示：受拉纱线的变形是从拉拔端开始逐渐向末端扩展，受拉纱线各点的屈曲伸长程度不同，越是靠近受拉端，其屈曲伸长越大。数值分析结果有助于探讨纱线的屈曲伸长以及应力传递机制，为进一步分析织物的冲击力学性能提供参考。

目录

1绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 弹头侵彻实验

1.3 有限元方法

1.4 典型的模型化测试方法

1.5 光学测量方法

1.6 本文工作内容

2单纱拉拔模型化实验方法

2.1 平纹织物几何构型

2.2 单纱力学性质

2.3 单纱拉拔测试

2.4 结果分析

2.5 小结

3单纱拉拔测试中织物变形分析

3.1 实验准备

3.2 实验过程

3.3 织物变形分析

3.4 讨论

3.5 小结

4编织波数对织物受力及变形的影响

4.1 经纱拉出测试

4.2 纬纱拉出测试

4.3 小结

5单纱拉拔测试的有限元分析

5.1 Texgen介绍

5.2 有限元模型建立

5.3 结果分析

5.4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢