半球头弹体撞击作用下平纹物动态响应的数值模拟.pdf

　１６　　　　半球头弹体撞击作用下平纹物动态响应的数值模拟　　２０１０年５月　　半球头弹体撞击作用下平纹物动态响应的数值模拟　　　　　李裕春，程克明，刘强　　　　　　　　　（１．南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京２１００１６；２．解放军理工大学工程兵工程学院，江苏南京２１０００７）　摘要：利用数值模拟方法研究了半球头弹体与平纹织物的撞击作用，分析了不同摩擦系数和边界条件时平纹织物的弹道　吸能特性。数值模拟结果表明，织物纱线间的摩擦效应对其弹道吸能特性影响相当敏感，增大纱线间的摩擦系数，可以提高织　　物纱线获得的动能和应变能，增大弹体动能损失量，因此有利于提高织物的抗弹能力。边界条件对弹体动能损失量产生直接　　　影响，当织物四边固定约束时，其弹道吸能特性最佳。　关键词：平纹织物；能量吸收；摩擦效应；边界条件；数值模拟　　中图分类号：ＴＢ３３２　　文献标识码：Ａ　———　文章编号：１００３０９９９（２０１０）０３００１６０６　　　现代纺织结构复合材料与人类生活密切相关，　　对现代结构工程的发展产生了极大的推动作用。由　　　于纤维复合材料自身具有较高的比强度和比模量力　　学特性，因而用它制成的织物具有高损伤容限、高断　　　裂韧性以及耐冲击的结构特点，这类纤维复合材料　　　　在航空航天以及国防军工领域有着广泛的应用，如　　导弹头锥和弹体、火箭发动机的喉衬和发动机裙、飞　　机机身、防护头盔和防弹背心等部件均采用了这类　　复合材料。　平纹织物是现代纺织复合材料中的一种典型结　　　　构，国内外学者对平纹织物结构进行了不少的理论…　和数值模拟研究。顾伯洪提出基于纤维力学性　　质应变率效应的织物弹道冲击破坏分析模型，计算　　了不同面密度织物靶体在弹道贯穿过程中的弹体剩　　余速度，其算法预测的结果与实测结果在靶体厚度　　　不大时吻合较好。ＧｕＩ２基于能量守恒原则，在忽略　　弹体变形能和弹－靶作用功的前提下，建立了计算弹　体侵彻多层平纹织物结构时弹体动能损失和剩余速　　　度的分析模型，由分析模型所预测的弹体剩余速度　　　　　　　和多层平纹织物的吸能值与实验结果吻合较好。　　　—　Ｄｕａｎ等人采用ＬＳＤＹＮＡ有限元代码模拟了刚　　　性球形弹体与高强度平纹织物的撞击问题，主要分　　析了经、纬纱间以及纱线与弹体间的摩擦效应对平　纹织物弹道撞击性能的影响，结果表明，具有纱间高　　摩擦系数的织物要比无摩擦效应的织物更具吸能能　　　　力，另外，边界条件对织物的变形和吸能特性影响明　　　　　显。Ｄｕａｎ等人运用有限元软件模拟分析了三种　　　不同边界条件下刚性圆柱体撞击Ｋｅｖｌａｒ平纹织物的　　动态响应问题，模拟结果表明，弹体速度在初始碰撞　　过程中下降非常迅速。当弹体撞击速度较低时，平　　　纹织物的边界条件对后续碰撞过程中的织物变形、　　应力分布、吸能以及失效模式影响显著；当弹体速度　　增加到使纱线瞬间破裂的速度值时，纱线将沿弹体　　　碰撞区的边缘失效，此时的织物边界条件不产生任　　　　何影响。Ｔａｂｉｅｉ等人对织物复合材料弹道冲击研　　究现状进行了系统的回顾，从织物弹道冲击模拟、织　　　物弹道冲击实验测试和纱线力学特性研究、影响纤　　维纱力学性能和织物抗弹体侵彻的因素、弹体特性、　　　纱线的本构模型以及纱线和织物的失效模式等方面　　　进行了总结。　—　　本文主要采用ＬＳＤＹＮＡ软件模拟半球头弹体　　　撞击平纹织物结构的动态响应过程，分别对平纹织　物纱线之间三种不同摩擦系数和三种边界约束条件　　　进行模拟，模型考虑半球形弹体的变形，以期对平纹　　织物在弹体冲击作用下、织物断裂前的吸能特性及　弹体动能损失量的分配情况进行分析。　　１计算模型及参数　　图１所示为模型中平纹织物和半球头弹体的初　　　　始几何尺寸。如图１所示，平纹织物是一块由经纱　　和纬纱按正交方式交错构成的方形物，单层平纹织　物尺寸为３４．３３５×　　３４．３３５ｍｍ，Ｘ轴和Ｙ轴方向分　　　　　别由４１根经纱和４１根纬纱构成，织物平面为ＸＯＹ　　面，其法线方向与ｚ轴重合。半球头弹体为钢质实　　　心体，圆柱部直径为７．８６ｒａｍ，弹体总长为１８．７６ｍｍ，　　　收稿日期：２００９－０７－０１　　本文作者还有沈蔚，徐全军和毛益明。　　　作者简介：李裕春（１９７４－），男，博士，讲师，主要研究方向为战斗部效应和数值模拟分析。　　　　　ＦＲＷＣＭ：１Ｏ誊Ｎ０．３　　２０１０年第３期　　　　　　　玻璃钢／复合材料　１７　　　　　　质量为６．５７２ｇ。弹体沿ｚ轴负向运动垂直撞击平　纹织物，其轴线与平纹织物中心法线重合，弹体着靶　　速度为５００ｍ／ｓ。　（ａ）平纹织物的几何尺寸　　　（ａ）Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃｓ　（ｂ）弹体的几何尺寸　　（ｂ）Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ　　　　图１半球头弹体与方块形平纹织物的初始几何外形及尺寸　　　　　　　　　Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｇｅｏｍｅ￣ｅａｌｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｎｄｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ　　—　　　　　　ｆｏｒａｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌｎｏｓｅｄｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅａｎｄａｓｑｕａｒｅｐａｔｃｈ　　　ｏｆｐｌａｉｎ－ｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃ　　　　　为使有限元模型简化，模型中取经纱和纬纱的　　　　　　　　　　　　　尺寸相同，其中纱线厚度为０．２３ｍｍ，宽度为　　　　　　　　　　　　　０．７３５７５ｍｍ，纱线波纹的波长（即单胞尺寸）为　　　１．６３５ｍｍ，如图２（ａ）所示织物单胞网格。模型采用　　　　　　八节点六面体单元（ＳＯＬＩＤ１６４）划分网格，纱线宽　　　度方向划分６个单元，厚度方向划分２个单元，织物　　　　有限元网格如图２（ｂ）所示，平纹织物共划分实体单　　　　　元２５４０１６个，弹体单元数３３５３６个，数值模型的总　　节点数为４８１７３４个。　　一　　（ａ）平纹织物的几何尺寸　　（ｂ）弹体的几何尺寸　　（ａ）Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃｓ　　（ｂ）Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆｐｒｑｉｅｃｔｉｌｅ　　　　　　图２平纹织物的三维有限元网格　　　　　　　　—　Ｆｉｇ．２Ｔｈｅ３－ＤＦＥＡｍｅｓｈｆｏｒｔｈｅｐｌａｉｎｗｏｖｅｎｆａ　　ｂｒｉｃ　　　　—　纱线采用正交各向异性弹性（ＭＡＴＯＲＴＨＯ．ＴＲＯＰＩＣ—　　ＥＬＡＳＴＩＣ）材料模型＿８Ｊ，其弹性参数值列于　　　　　表ｌ中。弹体材料为４５号钢，采用Ｊｏｈｎｓｏｎ．Ｃｏｏｋ材　　料模型参数＿９Ｊ。　　　　　表１纱线材料的弹性参数　　　　　　　　　Ｔａｂｌｅ１Ｔｈｅｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃｅｌａｓｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｙａｒｎｓ　　２弹体撞击下平纹织物的动态响应　　２．１平纹织物的变形特性　　　　　图３显示了平纹织物在四边固定约束条件下、　　　摩擦系数：０时不同时刻的变形形态。从模拟的　　　　　结果可以看出，ｔ＝ｓ时，弹体撞击织物后形成与半“　球头弹体头部相似的形状，在织物平面上形成圆”　　　　　形变形区。随着弹体的运动，变形区向织物周边　　　扩展，由于织物的正交各向异性特性，织物平面上的　　变形区形状也在不断发生变化。ｔ＝８／ｘｓ时，织物平　“”　“　面上的变形区形状不再为圆形，而是近似为菱”　　　　形变形区，到ｔ＝１６ｇｓ时，织物平面上的变形区形　“　”　　　　状完全变成菱形。这是因为半球头弹体与织物　撞击形成的横波沿经纱和纬纱方向的传播速度要大　　　于沿其它方向的传播速度。ｔ＝２４ｇｓ时，波传至织物　“　”　　　边界，织物平面上的菱形变形区进一步扩大，直　　至该波扫过织物的所有边界。图中还显示了各有一　　　　　根经纱和纬纱由于弹体撞击作用从织物中抽拔出　　　　　来，随着弹体向前运动，经、纬纱将进一步向外从织　　　　物中分离出来。从侧视图可看出，弹体与织物撞击　　　区的形状则与弹头形状相似，因此，改变弹体头部形　　　状，则弹体与织物撞击所形成的撞击影响区及纱线　　　数目也不同。Ｔ—　　　　－一■■■■　　４ｔｘｓ　８１ｘｓ　１６Ｕｓ　　　　图３四边固定约束条件下且摩擦系数＝０时不同　时刻平纹织物变形的顶视和侧视图　　　　　　　　　Ｆｉｇ．３Ｔｏｐａｎｄｓｉｄｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｐｌａｉｎ－ｗｏｖｅｎｆａ　　ｂｒｉｃ　　　　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｆ　　　　ｏｒｔｈｅｃａｓｅｗｉｔｈｆｏｕｒ　　“　　ｅｄｇｅｓｃｌａｍｐｅｄａｎｄ＝０　　２．２平纹织物的应力分布特性■■■　一　４１ｘｓ　８１．ｔｓ　　１６ｇｓ　２４￣ｔｓ　　　图４四边固定约束条件下且摩擦系数＝０时　不同时刻平纹织物的有效应力分布　　　　　　　　Ｆｉｇ．４ＴｈｅｖｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆ　—　ｔｈｅｐｌａｉｎｗｏｖｅｎｆａｂｒ　　　　　　　　ｉｃａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｆｏｒｔｈｅｃａｓｅｗｉｔｈ　　　　　　　ｆｏｕｒｅｄｇｅｓｃｌａｍｐｅｄａｎｄ＝０　　ＦＲＰ／ＣＭ２０１０ｉＮ０．３　１８　　　　　半球头弹体撞击作用下平纹物动态响应的数值模拟　　２０１０年５月　　　图４给出了平纹织物在四边固定约束条件下且　　　　摩擦系数＝０时不同时刻的有效应力分布的数值　　模拟结果。由于经、纬纱的力学特性以及织物四周　　　　约束条件相同，所以不同时刻沿经纱和纬纱方向的　　应力分布特点也基本相同。从图中应力分布可以看　　　　　　　　　　出，ｔ＝ｓ时弹体撞击织物平面而产生的应力波　　（即纵波）已传播到织物边界，此时弹体的半球头部　还未完全穿过织物平面，横波波阵面与弹体头部形　　状相似。弹头与织物撞击区内的纱线应力值较高，　　　分别有５根经纱和５根纬纱受到撞击区的影响而应“”　力值较高，织物平面上的应力呈十字形分布。ｔ＝　　　　　　ｌｓ时，弹体半球头部已通过织物平面，边界上分　　　　　别有１１根经纱和１１根纬纱受到较高应力的作用，　“”　织物平面上的十字形应力分布范围进一步扩大。　　　ｔ＝２４ｇｓ时，应力高值区集中在被抽拔出织物的２根　　　经、纬纱和弹体撞击区附近。如果在模型中定义织　　　　物的断裂准则，一旦应力超过阈值，织物纱线就会出　　现断裂。　　３摩擦及约束条件对平纹织物动态响　　应的影响　　３．１摩擦效应对平纹织物动态响应的影响　图５所示为四边无约束条件下三种不同摩擦系　　　　　数时的平纹织物２ｓ时刻的变形结果对比。从三　　　　种不同摩擦系数的织物变形结果可以看出，随着织　　　物纱线问摩擦系数的增大，纱线间的紧密度也随之　提高，这种变化可以从弹体与织物撞击区的变形和　　　　织物最边缘的纱线分离情况清晰地观察出来。摩擦　　　　系数：０．０时，弹头与织物撞击区内各有３根经纱　　　　和３根纬纱从织物中抽拔出来，织物周边各有１根　　　　　纱线从织物中分离开来。摩擦系数＝０．２５和＝　　　　０．５时，弹体撞击织物后在织物平面上形成了相似　　　　的变形区域（类似于圆形，这与摩擦系数＝０．０时　　　　　织物平面的变形区域不相同），并且撞击区所影响　　　的经、纬纱数目也基本相同，而织物周边的纱线与织　　　　物的分离程度有明显不同。由此可以看出，增大纱　线间的摩擦可以改善平纹织物的弹道特性。　　　图６所示为四边无约束时三种不同摩擦系数情　　　况下的能量吸收作用的对比曲线。所有能量项均采　　用摩擦系数＝０．５时弹体动能损失量的极大值进　　　　行了归一化处理（即摩擦系数＝０．５时，弹体动能　　　　损失极值的归一化能量取值为１）。从图中归一化　　　　能量曲线的变化趋势可以看出，随着织物纱线问的　　　　　　　摩擦系数的增加，弹体动能损失量也随之增大。　　ＦＲＰ／ＣＭ２Ｏ１０・Ｎｏ．３　圈曩一　　　图５四边无约束时三种不同摩擦系数情况下的　　　　　平纹织物２４．０ｓ时的变形结果对比　　　　　　　　Ｆｉｇ．５Ａｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｐｌａｉｎ－ｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃ　　　　　　　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｔ２４．０／ｘｓｆｏｒｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　　　　　　ｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｗｉｔｈｆｏｕｒｅｄｇｅｓｆｒｅｅ　　　图６四边无约束时三种不同摩擦　系数情况下的能量吸收作用的对比　　　　　　　　Ｆｉｇ．６Ａｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　　　　　　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｆｏｒｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆ　　　　　ｆｉｃｉｅｎｔｓｗｉｔｈｆｏｕｒｅｄｇｅｓｆｒｅｅ　　　　　摩擦系数从０增加到０．２５，弹体动能损失量的归一　　　　　化数值从０．７２５增加到０．９５，而从０．２５增加到　　０．５时，弹体动能损失量的归一化数值变化幅度并　不是很大，这说明织物纱线间有无摩擦对吸收弹体　　　动能的影响相当敏感。对于织物纱线的动能、应变　　　　能以及摩擦耗散能三种能量，增大纱线间的摩擦系　　数，可使纱线的动能和摩擦耗散能得到较大提高，而　纱线应变能的变化并不明显。从能量分配的比例来　　　　　看，当织物纱线问的摩擦系数＝０．５时，纱线获得　　　的动能占弹体动能损失量的６４．５％，纱线应变能占　　　　弹体动能损失量的１８．４％，而摩擦耗散能可占到弹　　　　体动能损失量的１１．９％，所以弹体变形所消耗的能　　量在弹体动能损失量中的比例不足５．２％。　　　从以上的分析可以看出，在弹体与平纹织物的　撞击过程中，织物的动能、应变能和纱线摩擦耗散能　　　　是弹体动能转换的主要形式。因此，可通过增加织　∞　　ｂＪｃ山ＤＮｌＩＥＪｏｚ　　２０１０年第３期　　　　　　　玻璃钢／复合材料　１９　　　物层数、增大纱线间摩擦来改善织物的弹道特性，提　高织物的抗弹性能。　　３．２约束条件对平纹织物动态响应的影响　　　　　图７所示为摩擦系数＝０．５时三种不同边界　　　　　　　　　约束条件下１ｓ时刻平纹织物变形的模拟结果。　　　从模拟的织物变形结果可以看出，织物的边界约束　条件不同，其变形形态也会发生变化。对于约束条　　　　　　件对称的情况，即图中四边无约束和四边固定约束　　　　的两种情况，弹体撞击织物后在织物平面上形成的　　　　　变形区形状也是对称的。四边无约束时，织物平面“”　　　　　　形成了近似圆形的变形区，对边固定约束时，织　　“　”　　　　物平面形成了近似菱形变形区，四边固定约束　“　”　　时，织物平面形成了正菱形变形区。可见，对于　　　由经纱和纬纱组成的平纹织物结构而言，不同的边　　　　界约束条件，由于纵波传至边界后的反射效应，改变　　　了织物平面的横波波形，因此，弹体撞击织物后形成　的波动效应也不同，即织物的弹道特性不同。■■　一　　　Ｆｏｕｒｅｄｇｅｓｆｒｅｅ　　　Ｔｗｏｅｄｇｅｓｃｌａｍｐｅｄ　　　Ｆｏｕｒｅｄｇｅｓｃｌａｍｐｅｄ　　　　　　图７摩擦系数＝０．５时三种不同边界条件下的１ｓ　　　时刻平纹织物变形的顶视图　　　　　　—　　Ｆｉｇ．７Ｔｏｐｖｉｅｗｏｆｔｈｅｐｌａｉｎｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃ　　　　　　　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｔ１６ｇｓｆｏｒｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　　　　　ｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｉｔｈｎ＝０．５　　　图８所示为三种不同边界条件和摩擦系数情况　　下的弹体动能损失随时间变化曲线。图８中所有能　　　量项均采用四边固定约束且摩擦系数＝０．５时弹　　　体动能损失量的极大值进行了归一化处理。从图中　　　归一化能量曲线的变化趋势可以看出，改变织物的　　边界约束条件，弹体动能损失量随之发生变化。对　　　　　于织物纱线间摩擦系数相同的情况，当织物采用四　　边固定约束的边界条件时弹体动能的损失量最大。　　　如织物纱线间的摩擦系数／．ｔ＝０．５时，织物四边无约　束情况下弹体动能损失量的归一化值为织物四边固　　定约束时的０．６６５，而织物对边界约束情况下弹体　　　　　动能损失量的归一化值为织物四边固定约束时的　０．８４８，这说明可以通过改变织物的边界约束条件来　改善平纹织物结构的抗弹性能。　　）、　ｎ）　Ｃ　０　ｎ）　Ｅ　ｏ　Ｚ　　图８三种不同边界条件和摩擦系数情况下　的弹体动能损失的时程曲线　　　　　　　　Ｆｉｇ．８Ｔｈｅｌｏｓｓｏｆｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙ　　　　　　　　　　ａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｉｍｅｆｏｒｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙ　　　　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｍｃｉｅｎｔｓ　为了进一步分析边界约束和摩擦效应对平纹织　　　　物动态特性的影响程度，表２给出了织物纱线断裂　　　前、不同边界条件和摩擦系数时弹体动能损失量分　　　　　　配比例的计算结果。从表２中数据可以看出，因弹　　体变形等原因所消耗的能量占弹体动能损失量的比　　　　　重均较小，不足１０％。因此，在对平纹织物弹道特　　　性进行理论分析时，可以忽略因弹体变形等原因所　　　消耗的能量来简化模型，而只需考虑纱线应变能、动　能以及摩擦耗散能这三种主要的能量形式。从表中　　还可以看出，改变织物的边界约束条件，纱线所获动　　　　　能和应变能占弹体动能损失量的比重发生较大变　　　化。当织物四边无约束时，纱线所获动能占弹体动　　　　能损失量的比重大于纱线应变能所占比重；而四边　　　　固定约束时，纱线所获应变能占弹体动能损失量的　比重超过纱线动能所占的比重。之所以出现这种能　　量分配比例的变化，是因为织物采用边界固定约束　　　　　　　后，织物经、纬纱的变形程度将增大，而纱线的运动　　　则受到了约束。此外，不论平纹织物采用何种边界　　　约束条件，增大纱线问的摩擦系数均可以改善织物　　　　　　的弹道吸能特性。值得注意的是，对于四边无约束　　　　　的情况，增大纱线间的摩擦系数可以较大幅度地提　　高摩擦耗散能占弹体动能损失量的比重，从织物抗　　　　　　弹性能的角度看，增大纱线间摩擦可以增强织物的　抗弹能力。　　　ＦＲＰ／ＣＭ２０１０，Ｎｏ．３　２０　　　　　　半球头弹体撞击作用下平纹物动态响应的数值模拟　　２０１０年５月　　表２不同边界条件和摩擦系数时能量分配结果对比（ｔ＝２４／ｚｓ）　　　　　　　　　　　　　　　　Ｔａｂｌｅ２Ａｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｅｎｅｒｇｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ（ｔ：２４ｇｓ）　　　　　　　　　　窜Ｌｏｓｓｏｆｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙ０．７２５／１０．９５／１　１　　　０．６１９／１０．９５２／１　ｌ　　　　０．５８１／１０．９６２／１　ｌ　　０　ｇ　　　Ｙａｍｓｔｒａｉｎｅｎｅｒｇｙ　０．２８１　０．１７９　０．１８４　０．４６１　０．３５９　０．３５９　０．５８６　０．５１２　０．５１１　　　　Ｙａｒｎｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙ　０．６７４　０．６７４　０．６４５　０．５２　０．５５４　０．５４８　０．３９６　０．４１８　０．４０９　　　　　｝Ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｓｌｉｄｉｎｇｄｉｓｓｉｐａｔｅｄｅｎｅｒｇｙ　０　０．０８５　０．１１９　Ｏ　Ｏ．０６　Ｏ．０７　Ｏ　Ｏ．ｏ５ｌ　０．０６２　ｚｏ　　Ｏｔｈｅｒｄｉｓｓｉｐａｔｅｄｅｎｅｒｇ　ｙ０．　０４５　０．０６２　０．０５２　０．０１９　０．０２７　０．０２３　０．０１８　０．０１９　０．０１８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ｉｎｆｒａｃｔｉｏｎｏｆ０．７２５／１，ｔｈｅｎｕｍｅｒａｔｏｒ０．７２５ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｌｏｓｓｏｆｐｒｏｊｅｅｔｉｌｅｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙｗｉｔｈ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｒｅｍａｒｋｓｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ０．０ｉｓｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｗｉｔｈｒｅｓｐｅｃｔｔｏｔｈａｔｗｉｔｈ＝０．５，ｔｈｅｄｅｎｏｍｉｎａｔｏｒ１ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｌｏｓｓｏｆｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｋｉ－　　　　ｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙｗｉｔｈ　　　　　　　　　　　０．０，ａｎｄｔｈｅｏｔｈｅｒｆｒａｃｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｔａｂｌｅａｒｅｔｈｅｓａｍｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．　　　４结论　　从以上分析，可以得出下面几点结论：　　　（１）弹体与平纹织物撞击作用时，由弹体变形　等因素所消耗的能量仅占弹体动能损失量的很少一　　　　部分，弹体动能损失量主要转变为平纹织物纱线的　　动能、应变能和纱线与纱线、纱线与弹体问因摩擦产　　生的能量耗散；　（２）织物纱线之间有无摩擦效应对织物的弹道　　吸能特性影响相当敏感，模拟结果表明，增大纱线间　的摩擦系数可提高织物纱线获得的动能和应变能，　　增大弹体动能损失量，因此有利于提高织物的抗弹　　能力；　（３）织物的边界约束条件对其吸能特性也有影　　　响。对于平纹织物四边无约束、对边固定约束以及　　四边固定约束三种边界情况，在织物纱线断裂前，四　　边固定约束条件时平纹织物的弹道吸能特性最佳。　参考文献　　　　　［１］顾伯洪．织物弹道贯穿性能分析计算［Ｊ］．复合材料学报，２００２，　１９（６）：９２－９６．　　　　　　　　　　［２］ＧＵＢＨ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｆｏｒｔｈｅｂａｌｌｉｓｔｉｃｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎｏｆｐｌａｎａｒ—　　　　　　—　ｐｌａｉｎｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃｔａｒｇｅｔｂｙｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＰａｒｔＢ：Ｅｎｇｉ　ｎｅｅｒｉｎｇ，２００３，３４（４）：３６１－３７１．　　　　　　　　—　［３］ＤＵＡＮＹ，ＫＥＥＦＥＭ，ＢＯＧＥＴＴＩＴＡ，ｅｔａ１．Ｍｏｄｅｌｉｎｇｔｈｅｒｏｌｅｏｆｆｒｉｃ　　　　　　　　ｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｂａｌｌｉｓｔｉｃｉｍｐａｃｔｏｆａｈｉｇｈ・－ｓｔｒｅｎｇｔｈｐｌａｉｎ－・ｗｅａｖｅｆａｂｒ　ｉｃ　　［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００５，６８（３）：３３１－３３７．　　　　　　　　［４］ＤＵＡＮＹ，ＫＥＥＦＥＭ，ＢＯＧＥＴＹＩＴＡ，ｅｔａ１．Ｍｏｄｅｌｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓ　　　　　　　　　　ｏｎｔｈｅｂａｌｌｉｓｔｉｃｉｍｐａｃｔｂｅｈａｖｉｏｒｏｆａｓｉｎｇｌｅ・・ｐｌｙｈｉｇｈ－－ｓｔｒｅｎｇｔｈｆａｂｒｉｃ　　　　　［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｍｐａｃｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，３１（８）：—　９９６１０１２．　　　　　　　　［５］ＤＵＡＮＹ，ＫＥＥＦＥＭ，ＢＯＧＥＴＴＩＴＡ，ｅｔａ１．Ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　　　　　　　　　　—　ｏｆｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｏｎｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｂｙａｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈ　　　　　　　　ｆａｂｒｉｃｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｂａｌｌｉｓｔｉｃｉｍｐａｃｔ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｕａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｍ－　—　ｐａｃｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６，３２（８）：１２９９１３１２．　　　　　　　　［６］ＤＵＡＮＹ，ＫＥＥＦＥＭ，ＢＯＧＥＴＹＩＴＡ，ｅｔａ１．Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇ　　　　　　　　　ｏｆｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｉｍｐａｃｔｏｎａｂａｌｌｉｓｔｉｃｆａｂｒｉｃ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆ　　ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，２００６，４８（１）：３３－４３．　　　　　　　　［７］ＴＡＢＩＥＩＡ，ＮＩＬＡＫＡＮＴＡＮＧ．Ｂａｌｌｉｓｔｉｃｉｍｐａｃｔｏｆｄｒｙｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃ　　　　　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：Ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓＲｅｖｉｅｗｓ，２００８，６１—　（１）：１１３．　　　　　　［８］ＬｉｖｅｒｍｏｒｅＳｏｆｔｗａｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．ＬＳ－ＤＹＮＡＫｅｙｗｏｒｄ’　　　　　ＵｓｅｒｓＭａｎｕａｌ（９７０ｖ）［Ｍ］．ＬｉｖｅｒｍｏｒｅＳｏｆｔｗａｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏ－　ｒａｔｉｏｎ，２００３：７７８－７８３．　　　　　［９］陈刚，陈忠富，陶俊林等．４５钢动态塑性本构参量与验证［Ｊ］．爆　　炸与冲击，２００５，２５（５）：４５１－４５６．　　　　　　　　　［１Ｏ］ＧＵＢＨ，ＸＵＪＹ．Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆ４－ｓｔｅｐ３－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　　　　　　ｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｕｎｄｅｒｂａｌｌｉｓｔｉｃｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＰａｒｔ　Ｂ：Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００４，３５（４）：２９１－２９７．　　　　　　　　　　　　ＭｏＤＥＬＧＴＨＥＤＹＮＡＭＩＣＲＥＳＰＯＮＳＥＯＦＰＬＡＩＮ－ＷＯＶＥＮＦＡＢＲＩＣ　　　　　　　　　ＵＮＤＥＲＢＡＬＬＩＳＴＩＣ玎ＰＡＣＴｏＦ｝玎ＥＭＩＳＰＨＥＲＩＣＡＬ－ＮｏＳＥＤＰＲ０ＪＥＣＴ刀Ｅ　—　　　—　　ＬｌＹｕｃｈｕｎ，ＣＨＥＮＧＫｅｍｉｎｇ。，ＬＩＵＱｉａｎｇ　　　　　　　　（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄ　　　　　　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｓ，　　　　’　　　　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＰｅｏｐｌｅｓＬｉｂｅｒａｔｉｏｎＡｒｍｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００７，Ｃｈｉｎａ）　　　　—　　　　　　—　　　—　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｂａｌｌｉｓｔｉｃｉｍｐａｃｔｏｆｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌｎｏｓｅｄｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｉｎｔｏａｐａｔｃｈｏｆｐｌａｉｎｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃｗａｓｉｎｖｅｓｔｉ　　　　　　　　　　　　　　　ｇａｔｅｄｂｙｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｌａｉｎ－ｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃｗｉｔｈｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　　　　　　　　　　　　　　　ｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎ　　（下转第ｌ５页）　　　　ＦＲ／ＣＭ２０１０；Ｎｏ．３　　２０１０年第３期　　　　　　　玻璃钢／复合材料　１５　　料激光辐照后拉伸模量保留率与碳纤维损伤程度关　　系最为密切。　　３结论与建议　３．１结　论　　　（１）在无预载条件下采用不同参数重复频率激　　　　光辐照ｃ／Ｅ复合材料，激光峰值功率密度和脉冲宽　　度的增大对复合材料损伤形式影响较大，而辐照时　间和重复频率的增大可以提高复合材料的损伤程　　　度，但对材料损伤形式影响不大；　（２）辐照激光能量密度是影响复合材料辐照后　　　　　拉伸强度保留率的最主要因素，而影响复合材料辐　　照后拉伸模量保留率的最主要因素为连续碳纤维增　强相的损伤程度。　３．２建　议　　结构材料在使用过程中自身需要承受一定的力　　学载荷，因而在激光辐照作用下将产生热力耦合效　　　应，而其激光辐照损伤机制与无预载状态下存在较　　大差别。其原因主要在于：热力耦合作用下，复合材　料一方面由于激光烧蚀效应而使构件有效承载截面　减小，另一方面在很高温度下，复合材料自身力学性　能会由于树脂基体软化以及复合界面破坏等因素而　　　较大幅度下降。因此，建议在掌握Ｃｆ／Ｅ复合材料激　光辐照后力学性能损伤规律的基础上开展复合材料　热力耦合作用下失效规律研究。　参考文献　　［１］孙承伟，陆启生．激光辐照效应［Ｍ］．北京：国防工业出版　　社，２００１．　　［２］王贵兵．连续激光与芳纶纤维树脂基体复合材料相互作用规律　　　　研究［Ｄ］．绵阳：中国工程物理研究院，２００２．　　［３］高巨龙，于锦生．复合材料发动机壳体在航天运载中的应用　　［Ｊ］，纤维复合材料，２００５，５３（３）：５３－５５．　　［４］王汝敏，郑水蓉，郑亚萍．聚合物基复合材料及工艺［Ｍ］．北　　　　京：科学出版社，２００４．　［５］陈博，万红，穆景阳等．重频激光作用下碳纤维／环氧树脂复合　材料热损伤规律［Ｊ］．强激光与粒子束，２００８，２０（４）：５４７－５５２．　　　　　　［６］穆景阳，万红，白书欣．长脉冲激光辐照下环氧树脂固化体的热　　　烧蚀规律［Ｊ］．强激光与粒子束，２００８，２０（１）：３６－４０．—　　［７］ＧＢ／Ｔ３３５４１９９９．定向纤维增强塑料拉伸性能测试方法［ｓ］．　　　　　　　　’　ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＤＡｎＡＧＥＭＥＣＨＡＮＩＳＭＳ０ＦＣＡＲＢＯＮ－ＦＩＢＥＲ／ＥＰ０ＸＹＣ０ＭＰｏＳＩｒＩＥＳ　　　　　　ＩＲＲＡＤＩＡＴＥＤＢＹＲＥＰＥＴＩＴＩＯＮＦＲＥＱＵＥＮＣＹＬＡＳＥＲ　　　　　　—　ＣＨＥＮＢｏ，ＷＡＮＨｏｎｇ，ＭＵＪｉｎｇｙａｎｇ　　　　　　　　　　（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅａｎｄＭａｔｅｒｉａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　　　　　　　Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ；２．ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＤｅｆｅｎｓｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２０５，Ｃｈｉｎａ）　　　　　　　　　　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄａｍａｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｃａｒｂｏｎ・－ｆｉｂｅｒ／ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｒｒａｄｉａｔｅｄｂｙｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｆｒｅ・－　　　　　　　　　　　　　　　ｑｕｅｎｃｙｌａｓｅｒｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｓｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙ，ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｔｉｍｅ，　　　　　　　　￣ｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｏｎｔｈｅｄａｍａｇｅｆｏｒｍａ　　　　　　　　　　ｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｄａｍａｇｅｆｏｒｍｓａｒｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄａｓａｂｌａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｎｏｎｌｙ　　　　　—　　　　　　　　　　　　　　ａｎｄｂｏｔｈｏｆｒｅｓｉｎａｎｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ．Ｔｈｅｄａｍａｇｅｆｏｒｍｗｉｌｌｂｅｃｈａｎｇｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙｏｒｐｕｌｓｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｗｉｄｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ａｎｄｏｎｌｙｄａｍａｇｅｓｔａｇｅｅｎｈａｎｃｅｓｗｈｅｎｔｈｅｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｇｏｅｓｕｐ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉ－　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｒｅｔｅｎｔｉｏｎｒａｔｅｓｏｆｔｅｎｓｉｌｅ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｍａｉｎｌｙｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｔｏｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｏｎｅｓｏｆｍｏｄｕｌｅａｒｅｒｅ－　　　　　　　ｌａｔｅｄｗｉｔｈａｂｌａｔｉｖｅｅｘｔｅｎｔｏｆｃａｒｂｏｎ－ｆｉｂｅｒｎｅａｒｌｙ．　　　　　　　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ／ｒｅｓｉｎｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄａｍａｇｅ；ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌａｓｅｒ；ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ；　　ｌａｓｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒ　　（上接第２０页）　　　　　　　　　　　　　　—　　　　ｂｅｔｗｅｅｎｙａｍｓｗｅｒｅｖｅｒｙｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｌａｉｎｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃ．Ｂｏｔｈｔｈｅｙａｒｎ　ｓｔｒａｉｎｅｎｅｒｇ　　　　　　　　　　　ｙａｎｄｔｈｅｙａｒｎｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙｗｅｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙｅｎｈａｎｃｉｎｇｔｈｅｆｒ　　　　　　ｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｙａｍｓ，ＳＯａｓｔｏ　　　　　　　　　　—　　—　　　ｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｌｏｓｓｏｆｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｂｕｌｌｅｔｐｒｏｏｆｏｆｐｌａｉｎｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ａｌｓｏｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｈａｄａｄｉｒｅｃｔｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｌｏｓｓｏｆｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙ．Ｆｏｒｔｈｅｂｏｕｎｄ－　　　　　ａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗｉｔｈｆｏｕｒｅｄｇｅｓｃｌａ　　　　　　　　　　　ｍｐｅｄ，ｔｈｅｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｌａｉｎ－ｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃｗａｓｏｐｔｉｍａ１．　　　　　　　　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｌａｉｎ－ｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃ；ｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｆｒｉｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ；ｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　搿。　　　ＦＲＰ／ＣＭ篓ｉ２０ｌｏ．Ｎ３　尊　　一