新型船用复合材料夹层板抗侵彻性能研究

摘要

纤维增强复合材料和夹层结构板因比强度高、比刚度高、耐腐蚀、隔火隔音能力强、抗冲击性能好、可设计性强、易维修等优势，现已成为船舶建造及防护领域新宠。本文选用纤维增强材料中性能最强的超高分子量聚乙烯纤维增强层合板作为面板，泡沫材料中运用最广且吸能效果优异的泡沫铝材料作为芯层组成新型聚乙烯纤维增强泡沫铝三明治夹层板，并利用数值仿真技术对其抗侵彻性能进行研究，为新型复合材料夹层板的参数优化设计及防护结构设计提供计算依据。具体内容如下：
　　（1）开展准静态下泡沫金属铝压缩试验，得到不同密度泡沫铝材料准静态下的压缩应力应变曲线。对选用的聚乙烯纤维增强层合板材料参数及纤维增强层合板抗侵彻数值模拟方法进行正确性验证。对比仿真与文献试验结果，验证流固耦合ALE法数值模拟弹体侵彻涉水靶板的可靠性。
　　（2）基于正确的材料参数与仿真方法，建立相应计算模型，展开新型复合材料夹层板抗侵彻性能研究。着重分析弹体与夹层板各部分的能量变化情况、夹层板的破坏形态、弹体初始撞击速度对弹体剩余速度及夹层板吸能影响。并讨论了等面密度下不同面板芯层厚度分布比例、不同面板厚度及不同密度泡沫金属铝芯层对新型复合材料夹层板抗侵彻性能的影响。
　　（3）基于材料参数的正确性及流固耦合模拟方法的可靠性，展开不同涉水情况新型复合材料夹层板的抗侵彻性能研究。涉水情况共分三种，分别为两侧涉水，前水背空气、前空气背水。将所得不同涉水情况下夹层板抗侵彻性能与空气中抗侵彻性能对比，分析水介质对抗侵彻性能的影响。
　　（4）基于正确的材料参数与仿真方法，展开不同撞击角度下新型复合材料夹层板抗斜侵彻性能研究。分别研究了0°、15°、30°、45°和60°五种不同撞击角度下夹层板的抗侵彻性能，并对比不同撞击角度下新型夹层板抗侵彻性能，分析撞击角度对新型夹层板抗侵彻性能的影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2复合材料板与新结构板研究现状

1.3本文创新点及主要工作

第2章 仿真方法与参数介绍及可行性验证

2.1软件及模拟方法简介

2.2数值模拟参数及方法正确性验证

2.3不同密度泡沫铝准静态压缩实验

2.4本章小结

第3章 新型夹层板抗侵彻性能研究及参数讨论

3.1立方体破片侵彻新型夹层板计算模型

3.2数值计算结果与分析

3.3新型复合材料夹层板抗侵彻性能参数研究

3.4本章小结

第4章 新型夹层板涉水情况抗侵彻性能研究

4.1涉水夹层板抗侵彻模拟计算模型

4.2两侧涉水夹层板抗侵彻性能分析

4.3前水背空气夹层板抗侵彻性能分析

4.4前空气背水夹层板抗侵彻性能分析

4.5空气中夹层板抗侵彻性能分析

4.6水介质对夹层板抗侵彻性能影响分析

4.7本章小结

第5章 新型夹层板抗斜侵彻性能研究

5.1计算模型介绍

5.2正撞击下夹层板抗侵彻性能研究

5.3 15°斜撞击下夹层板抗侵彻性能研究

5.4 30°斜撞击下夹层板抗侵彻性能研究

5.5 45°斜撞击下夹层板抗侵彻性能研究

5.6 60°斜撞击下夹层板抗侵彻性能研究

5.7撞击角度对夹层板抗侵彻性能影响分析

5.8 本章小结

第6章 总结与展望

6.1本文主要工作

6.2本文主要研究结论

6.3进一步研究的工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢