平纹织物三维细观几何模型和织物防弹实验的有限元模拟

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1、平纹织物三维细观几何模型和织物防弹实验的有限元模拟693DMeso—geometricaIMode1ofP1ainWeaveFabricandModelingUnderBal1isticlmpact王东宁，李嘉禄，焦亚男(天津工业大学复合材料研究所先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津300160)WANGDong—ning，LIJia—1u,JIA0Ya—nanFiniteElement(KeyLaboratoryofAdvancedTextileComposites(MinistryofEducation),In

2、stituteofCompositeMaterials,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300160,China)摘要：建立了平纹织物的三维细观几何模型，利用L孓DYNA有限元软件模拟了弹丸冲击的条件下，单层芳纶织物的响应过程。模型的几何形状参考了平纹织物的截面显微镜照片，使建立的模型更加准确，更接近平纹织物真实的结构。纱线模型选用正交各向异性材料，材料参数和失效条件均参考真实的Kev1ar织物，并考虑纱线和纱线之间以及纱线和弹丸之间的摩擦。模拟中，通过设定弹丸的撞击速率V。，

3、得到剩余速率V,，并由此计算单层织物的弹道极限速率y。。。结果表明：织物的变形过程和失效形式在模拟屮得到细致的显现，模拟所得结果V;。和织物的失效形式与实验结果的一致程度较好。关键词：织物；三维细观模型；防弹；有限元模拟；弹道极限doi：10.3969/j.issn.100h4381.2013.09.014屮图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1001—4381(2013)09—0069—06Abstract：The3Dmesoscopicgeometricalmodelofplainweavefabricw

4、asbuilt.Acommerciallyavai1—ablefiniteelementanalysiscode(LS—DYNA)wasusedtheconditionofbaUisticimpactofmicrographsofatomodelthedynamicresponseoffabronrigidsphere.Thegeometryofthemodelwasbasedusthephoto一geometry.tosectionedlaminates,whichhelpedasdefinetheaccurate

5、andrealyarnYarnsweremodeledorthotropicelasticandtheparameterandthefailurecriteriawerereferredFrictionbetweentheyarnsandspherewasconsidered.theactualKevlarfabric.Theresidua1ve1ocitywasobtainedbysettingthestrikingvelocity.calculated.arefthesinglefabricwasResultsi

6、ndicatethatthedelicatedeformationprocessandfa订uremechanismofthefabrictestfinelycaptured,andgoodagreementsbetweensimulationandthedataareobtainedintermsoftheV50andthefailuremechanismofthefabric.Keywords:fabric；3Dmeso—mode1；ballisticimpact；finiteelementmodeling,ba

7、llisticlimit以高强度纤维为原料的平纹织物以其良好的防护性能和穿着舒适性，广泛应用于防弹衣领域，其中芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维的使用最为普遍。0前，防弹衣的设计仍以大量的防弹测试为基础，其结果是验证防弹性能的最有效的方法，但随着计算机技术的快速发展，数字模拟技术展现出了潜在的强大功能，逐渐成为防弹材料性能研究的一项重要的辅助方法。防弹衣由多层机织物组成，每一层包含大量相互交织的纱线，而纱线由数以千计的纤维组成。根据模型复杂程度的不同，建模的A法也千差万别。由于织物这种宏观（织物）、细观（纱线）和微观（纤

8、维）上的复杂的多尺度结构，需要对几何模型和材料的弹性常数等进行假设和简化，以实现子弹侵彻防弹织物过程的模拟。早期比较普遍的一种方法是使用由杆单元组成的网络结构模拟织物，其屮最具代表性的是Roy1ance模型［1］,其特点是使用弹簧单元通过经向和纬向的铰链接组成织物。考虑到纤维在高应变率下的力学性质，顾伯洪［23建立计算织物防弹特性的分析模型，并