《基於細觀力學的複合材料抗爆容器動力回響機理研究》是依託浙江大學，由鄭津洋擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於細觀力學的複合材料抗爆容器動力回響機理研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：鄭津洋
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
纖維增強複合材料抗爆容器重量輕、使用安全性好，且具有良好的可設計性、無尺寸效應等顯著優點，在國防軍事、爆炸加工及公共安全等方面的作用日益凸顯。目前國際複合材料的研究熱點集中在細觀力學和多尺度建模方法，但其研究的應變率範圍一般較低,而複合材料抗爆容器通常應變率可達100-10000 1/s 量級,甚至更高。隨著應變率的提高，複合材料動態屈服強度發生改變，同時樹脂基體的粘性性質將對結構振動產生顯著影響。本項目在複合材料單層板本構方程中引入粘度係數，通過理論推導和試驗研究確定複合材料與應變率相關的動態屈服強度和阻尼特性。基於複合材料層合板的漸進失效行為特徵，分別建立基於連續破壞力學（CDM）的剛度退化失效模型和界面單元與內聚力裂紋耦合模型，並將以上失效模型引入到計算程式中，從而揭示細觀尺度損傷包括纖維斷裂，基體開裂和脫層等對複合材料抗爆容器動力回響的實時影響。
結題摘要
複合材料抗爆容器由於比強度高、可設計性強等優點套用領域越來越廣，尤其是在公共安全防護、反恐等方面受到越來越多的重視。本項目採用試驗和數值模擬的手段對複合材料抗爆容器在內爆載荷下的動力回響以及分層失效進行了深入研究。主要研究內容及結論如下： （1）開展了鋁合金內襯環氧樹脂基玻璃纖維複合材料抗爆容器爆炸載入試驗研究。分析了含內襯複合材料抗爆容器內襯以及複合材料層在不同炸藥當量作用下的失效形式。結果表明：（a）含內襯複合材料抗爆容器在內部爆炸載荷作用下存在多種失效共存的現象，尤其是分層失效極易發生；（b）複合材料抗爆容器失效形式與複合材料層纏繞方式有關，當全環向纏繞時會出現特殊的軸向分層失效導致複合材料層形成沿環向貫穿裂紋；（c）臨界炸藥當量作用下，含內襯複合材料抗爆容器局部發生貫穿裂紋，極端當量炸藥作用下，複合材料層沿軸向完全撕開。 （2）建立了內部爆炸載入作用下含內襯複合材料抗爆容器動力回響數值計算模型，通過固連失效接觸法並引入內聚力模型實現了對複合材料層間分層失效的模擬。利用數值方法對鋁合金內襯動力回響、複合材料層層內分層失效機理以及等質量的複合材料與金屬抗爆容器動力回響進行了分析，結果表明：（a）鋁合金內襯在臨界炸藥當量作用下爆心區域發生軸向貫穿裂紋的位置具有一定的隨機性，極端炸藥作用下，爆心附近裂紋除了沿軸向擴展外還會沿環向擴展；（b）相同質量的複合材料抗爆容器相比於單層金屬抗爆容器具備更好的抵抗變形能力，且系統回響衰減速度更快。（c）複合材料層之間的振幅差以及相位差是分層失效發生的主要原因，而內部的分層失效會不斷擴展，甚至會引起周邊區域產生新的分層失效。 （3）利用數值計算模型從有無內襯、內襯厚度以及內襯材料三個方面系統研究了金屬內襯對複合材料動力回響的影響，結果表明：（a）金屬內襯的加入使爆炸產生的能量能較快的施加在不同軸向位置的複合材料殼體上且系統回響衰減速度更快；（b）隨著金屬內襯厚度的增加，系統抵抗變形能力越強，但抗爆容器抗爆性能不一定增加。 （4）研究了纏繞方式對複合材料抗爆容器動力回響的影響，結果表明：（a）對於全螺旋纏繞複合材料抗爆殼體，隨著螺旋角的增大，複合材料層環向承載能力變大而軸向承載能力減弱，複合材料殼體抵抗變形的能力增強，系統回響衰減速度越快；（b）複合材料抗爆容器最優纏繞方式應採用螺旋與環向交替纏繞，且螺旋纏繞角度應在40°左右。
