UHMWPE纤维增强热塑性复合材料低速冲击响应特性研究

《UHMWPE纤维增强热塑性复合材料低速冲击响应特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代号10532学号S1502W0233分类号O347.3密级公开工程硕士学位论文UHMWPE纤维增强热塑性复合材料低速冲击响应特性研究学位申请人姓名胡兴弟培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称胡德安教授陶剑波高工学科专业车辆工程研究方向机械CAE论文提交日期2018年4月20日学校代号：10532学号：S1502W0233密级：公开湖南大学工程硕士学位论文UHMWPE纤维增强热塑性复合材料低速冲击响应特性研究学位申请人姓名：胡兴弟导师姓名及职称：胡德安教授陶剑波高工培养单位：机械与运载工程学院专

2、业名称：车辆工程论文提交日期：2018年4月20日论文答辩日期：2018年5月10日答辩委员会主席：方棋洪教授ResearchontheresponsecharacteristicsofUHMWPEfiberreinforcedthermoplasticcompositesunderlow-velocityimpactbyHUXingdiB.E.(HenanPolytechnicUniversity)2014AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequi

3、rementsforthedegreeofMasterofEngineeringinVehicleEngineeringintheGraduateschoolofHunanUniversitySupervisorProfessorHUDe’anSeniorEngineerTAOJianboMay,2018湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的

4、研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书。2．不保密。(请在以上相应方框内打“√”)作者

5、签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日IUHMWPE纤维增强热塑性复合材料低速冲击响应特性研究摘要出于轻量化的需求，复合材料在航空、汽车、军事以及体育用品等领域被广泛的应用，复合材料虽然展现出比重小，比强度、比模量高以及可设计性强等诸多优点，但也暴露出难以承受冲击的弱点。不同于热固性复合材料的弹脆性特点，热塑性复合材料展现出很大的塑性特性。低速冲击下热塑性复合材料的动态响应和热固性复合材料区别很大，其在受到冲击后出现明显的塑性变形。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维增强复合材料作为一种典型的热塑性

6、复合材料，被应用于各种抗冲击领域，在其服役过程中往往受到各种形式的冲击。因此，非常有必要对其冲击载荷下的响应规律进行研究。本文采用试验研究结合数值模拟计算的方法，对UHMWPE纤维增强复合材料低速冲击响应特性进行研究。首先，本文对UHMWPE纤维增强复合材料成型工艺进行了调研，确定了相关的成型工艺参数。在此基础上分别制备了20层、30层和40层三种厚度的层合板，并通过改装的Hopkinson压杆，依据ASTMD7136试验标准对层合板进行低速冲击试验。冲击后对层合板损伤机理进行了分析，可以发现，塑性变

7、形与层间分离是UHMWPE纤维层合板的主要损伤形式。并且在恒定的冲击载荷作用下塑性变形量随着层合板层数的增加近似线性的减小，呈现出一定的厚度效应。然后，本文以各向异性弹塑性理论和内聚力单元理论为基础，建立了与试验相对应的UHMWPE纤维层合板低速冲击有限元模型，利用LS-DYNA对层合板的整个冲击过程进行了模拟，数值模拟结果与试验结果对比，吻合较好，验证了有限元模型的可靠性。通过对结果进一步分析可以发现，冲击过程中UHMWPE纤维层合板展现出优良的吸能特性；层间分层区域大致呈花生状，且相邻两子层之间界

8、面层分层区域的主轴方向均和两层中远离冲击面的子层纤维方向一致。最后，本文在验证了有限元模型可靠性的基础上，运用数值模拟的方法，以20层厚度层合板为对象，分别讨论了冲击能量、铺层方式以及界面层强度三个因素对UHMWPE纤维增强复合材料层合板低速冲击响应特性的影响。研究发现：冲击能量和铺层方式以及界面层强度都是UHMWPE纤维层合板冲击动态响应的敏感影响因素。在0°/90°正交铺层的UHMWPE纤维层合板中加入45°、-45°子层对后层合板各项性能都有很大的