纤维束力学性能的温度应变率响应和混杂纤维复合材料的抗冲击性能

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1、摘要纤维是抗冲击复合材料主要的组成成分。获得纤维在高应变率下的力学响应规律并建立相应的应变率效应本构关系，是研究聚合物基复合材料高应变率响应行为的基础，同时对抗冲击侵彻纤维增强复合材料的材料设计和结构设计具有重要的指导意义。此外，根据纤维材料在高应变率下的力学性能和它们不同的价格进行混杂纤维复合材料层合板的优化设计，将提高靶板的抗冲击侵彻性能，降低制造靶板的成本。本文利用旋转盘式杆—杆型冲击拉伸实验装置和高温加热炉首次在不同温度下(20"CI一120"C)、高应变率范围内(400／s～1500／s)成功地进行了芳纶纤维的又一品种一Kevlar964e

2、纤维束和连续玄武岩纤维束的冲击拉伸实验，获得了不同温度、三种高应变率下两种纤维柬完整的应力应变曲线，为进一步开发利用两种纤维提供了实验数据。实验结果表明：两种纤维束的力学性能在不同温度、不同的应变率范围下表现出不同程度的应变率依赖性；其中连续玄武岩纤维这种新兴的高性能纤维在高应变率和高温下表现出很好的能量吸收能力。借助双Weibull分布的统计本构模型，结合应变率影响，提出了各温度下不同应变率时双Weibull统计分布基础上的Kevlar纤维束和连续玄武岩纤维束(CBF)的力学统计本构方程；把方程预测结果与实验结果对比，吻合很好，初步验证了所提本构方

3、程的可靠性。根据所获得的高应变率下纤维材料的性能差异，考虑价格因素，优化设计了混杂纤维复合材料靶板。弹道测试的结果表明：用Kevlar，UHMWPE纤维织物分别与连续玄武岩纤维织物混杂均使玄武岩纤维复合材料的抗弹性能明显提高；同时表明，在Kevlar，删WPE纤维织物中混杂适量的价格低廉的连续玄武岩纤维织物可以提高靶板的性价比。这为抗弹材料的低成本制造提供了实验依据。关键词：芳纶纤维：连续玄武岩纤维；高应变率；混杂纤维复合材料；冲击侵彻StrainRateandTemperatureEffectonMechanicalPropertiesofFibr

4、ebundlesandImpactionResistantPerformanceofHybridFibresCompositesAbstractFiberisthemaincomponentofimpactionresistantcomposites．ItisthebaseofstudyontIlellighstrainratesaffectiononcorrespondedcompositestogainthemechanicalresponselawoffiberunderhighstrainratesandgettheconstitutiver

5、elationshipfunctions．Atthesametime，itwillalsogllidethedesignofimpaetionresistantcomposites．Accordingtomechanicalpropertiesfibersunderhighstrainratesandthepricesofthem，lowcostandhighperformancecompositescanbemanufactured．TensileimpactionexperimentsonKevlarandBasaltfibreswerecarr

6、iedoutbymeansbar-barimpactiontensileapparatusandhightemperatureovenat20。C一120"Cunderdifferentstrainrates400／s～1500／s．Theresultsindicatedthatthehi班strainratesresponsebehaviorofthetwokindsoffibersweredifferentatdifferenttemperatureanddifferentstrainrates．Basaltfiberhadagoodperfor

7、manceOnenergyabsorptionathie,htemperatureandunderhiIghstrainrate．ThemechanicalconstitutiverelationshipfunctionsofthetwokindsoffibersweregotbyuseofdoubleWeibullstatisticconstitutiverelationshipmodel．Thetheoreticalcurvesfromthefunctionsmatchedthecorrespondedexperimentalcurvesvery

8、well．Theresultsprovedthereliabilityofthefunctions．Lowc