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碳纤维复合材料双箭头拉胀结构的弹道冲击响应和失效机理研究
| 论文题名： | 碳纤维复合材料双箭头拉胀结构的弹道冲击响应和失效机理研究 |
| 关键词： | 碳纤维复合材料;双箭头拉胀结构;弹道冲击;失效机理 |
| 摘要： | 双箭头拉胀结构作为一种新型的负泊松比结构具有特殊的力学性能，在船舶领域中有广阔的应用前景。碳纤维复合材料双箭头拉胀结构作为抗冲击防护结构应用于舰船结构领域时，在服役过程中有可能遭受高速弹体、破片等袭击，但是目前关于碳纤维复合材料双箭头拉胀结构弹道冲击性能和失效机理方面的研究工作鲜见报道。因此，为了促进碳纤维复合材料双箭头拉胀结构在舰船结构领域的应用，有必要开展其弹道冲击性能和破坏机理研究。本文主要研究内容如下： （1）采用模具热压成型和粘接技术制备了多层级复合材料双箭头拉胀结构，采用搅拌发泡工艺制备了聚氨酯泡沫块。通过平压实验方法对多层级拉胀结构和聚氨酯泡沫在压缩载荷作用下的响应展开研究，获得了多层级拉胀结构和聚氨酯泡沫的压缩应力-应变曲线。实验测得的多层级拉胀结构和聚氨酯泡沫的压缩模量分别为47.76MPa和18.66MPa。最后，采用基于Hashin失效和Yeh分层失效准则的渐进损伤模型，分析了不同相对密度多层级拉胀结构的压缩失效行为。 （2）采用模具热压成型和粘接技术制备了三种相对密度的复合材料双箭头拉胀结构试样。通过弹道冲击试验和有限元仿真方法，研究了不同相对密度复合材料拉胀结构的弹道冲击响应和失效机理。对比分析了不同相对密度复合材料拉胀结构的弹体入射速度和剩余速度拟合曲线，研究了不同相对密度复合材料拉胀结构的弹道极限、能量吸收性能、动态响应和失效模式。试验结果表明，相对密度对复合材料拉胀结构的抗侵彻性能有显著的积极影响，当相对密度从9.08%增加到16.66%和23.06%，弹道极限速度分别增加了35.56%和54.89%。 （3）采用模具热压成型、粘接技术和搅拌发泡工艺获得了泡沫填充复合材料双箭头拉胀结构。开展了泡沫填充拉胀结构的弹道冲击试验，分析了泡沫填充对复合材料拉胀结构弹道冲击响应的影响。试验结果表明，相对密度为16.66%的泡沫填充拉胀结构的弹道极限速度为121.30m/s，与没有填充泡沫时相比提高了6.12%。使用有限元方法研究了泡沫填充拉胀结构的抗侵彻性能，进一步揭示了泡沫填充拉胀结构的动态响应过程。有限元结果表明，相对密度为9.08%、16.66%和23.06%的泡沫填充拉胀结构的弹道极限速度分别为86.74m/s、120.60m/s和152.80m/s。 |
| 作者： | 杨万春 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 刘加一 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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