UHMWPE纤维层合板抗弹侵彻数值模拟
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关 键 词 ： 观 力 学 ； Ｈ ＷＰ 细 Ｕ Ｍ Ｅ纤 维层 合 板 ； 彻 ； 值 模 拟 侵 数
中图分类号 ：Ｂ ０ Ｔ ３３
文献标 识码 ： Ａ
文章编号 ： ０ ００ （０ １ ０ ０ ｌ Ｏ １ ６— ７ ７ ２ １ ）２— ｌ９一 ３ ０
纤维 层 合 板 的 力 学 性 能 可 由材 料 试 验 或 细 观 力 学 方 法 确 定 。
其 中：｛ － Ｏ）＝ ｛ ｒ２ ３ ｌ ， ３ ２ ２ ３
ｌ ３
ｌ） ；｛ ）＝ ２ ｓ
｛
％
Ｓ¨
）。柔度矩阵
Ｓ１ Ｓｌ ２ ３ ０ Ｓｌ Ｓ２ Ｓ ３ ２ ２ ２ Ｓ１ Ｓ２ Ｓ ３ ３ ＂
数是芳纶 （ｅｌ ） ３６倍 Ｊ ｋｖ ｒ 的 ． ａ 。因此 ， 其在工程装 甲防护方面
８） Ｓ ｝ ＝ （ （） １
超 高分 子 量 聚 乙 烯 （ Ｈ Ｕ ＭＷＰ 纤 维 是 继 碳 纤 维 、 ｅｌｒ Ｅ） Ｋｖ ａ
纤 维 之后 的第 三 代 高性 能纤 维 ， 当 前 高 性 能 纤 维 中 比模 量 、 是 比强 度 最 高 的 纤维 ， 究 表 明 Ｕ ＷＰ 研 ＨＭ Ｅ纤 维 层 合 板 的 防 护 系
的应 用 越 来 越 多 。 目前 ， 内外 对 于 超 高 分 子 量 聚 乙 烯 （ Ｈ 国 Ｕ— Ｍ Ｅ） 维 作 为 工 程 装 甲 防 护 材 料 抗 侵 彻 打 击 多 为 一 些 试 ＷＰ 纤
验 研 究 ， 进 行 数 值 模 拟 的 并 不 多 见 。这 主 要 是 因 为 Ｕ Ｍ— 而 Ｈ
—
１ ／Ｇｌ ２ １ ／Ｇｌ ２
Ｄ ＭＡ Ｅ正 交 材 料 模 型 能 较 好 地 模 拟 Ｕ Ｍ Ｅ纤 维 层 合 Ａ Ｇ Ｈ ＷＰ
板 ， 对 Ｕ ＭＷＰ 这 Ｈ Ｅ纤 维 层合 板 的数 值模 拟 具有 重要 意 义 。
（） ２
１ Ｕ ＭＷＰ Ｈ Ｅ纤维层合板参数确定
Ｕ Ｍ Ｅ纤 维 层 合 板 是 由 Ｕ ＭＷＰ 无 维 布 层 压 而 Ｈ ＷＰ Ｈ Ｅ 成 。无 维 布 由体 积 含 量 ８ ％左 右 的 纤 维 和 含 节 约 ２ ％ 的 ０ ０
一
０
１ ／ＥＩ 】 Ｉ２ ） ／Ｅ１ １ １
）３ １１／ＥＩ 】
一 １２ ） ／Ｅｌ １ １ １ ／Ｅ２ ２
一 １３ ３ ／Ｅ２ ２ ２
— １３ ） ／Ｅｌ １ １ 一 Ｉ３ ） ／Ｅ２ Ｇｌ ３
Ｏ
［］ ５ 中的试验结果进行对 比分析 ， 出利用 ＭＡ — Ｏ Ｐ ＳＴ 得 Ｔ Ｃ Ｍ Ｏ ＩＥ
的轻质材料 …。防弹纤维复 合材料 由于具 有质量 轻 、 动能 吸
收 性 好 且无 “ 次杀 伤效 应 ” 特 点 ， 到 了 越 来 越 广 泛 的研 二 等 得
究 和 应用 。
表明， 桥联矩阵法的精度较好 ， 这里采用该法进行计算 。
１１ 单 向纤 维 复 合材 料 ． 对 正交 各 向异 性 材 料 ， 构 可表 示 为 本
摘 要 ： 用 Ａ Ｓ Ｓ Ｌ — Ｙ Ａ 非 线性 有 限元 分 析 软 件 对 Ｕ Ｍ Ｅ纤维 层 合 板 抗 钢 质 立 方 体 弹 片侵 彻 进 行 了 研 究 。 首 利 Ｎ Ｙ ／ ＳＤ Ｎ Ｈ ＷＰ
先 根 据 细 观 力 学理 论 ， 究 确 定 纤 维 层 合 板 的 材 料 参 数 ， 后 利 用 Ｌ —Ｙ Ａ 的 ＭＡ — Ｏ Ｏ ＩＥ Ｄ ＭＡ Ｅ材 料 模 研 然 ｓＤ Ｎ Ｄ Ｔ Ｃ ＭＰ ＳＴ ～ Ａ Ｇ
式 中， ， 和 （，＝１２ ３ 分别 为单 向复合材料 的弹性模 ｉ ｊ ，，）
量， 剪切 模 量 和 泊 松 比 。 根据 桥 联 矩 阵 法 ， 向 复合 材 料 的 弹 性 参 数 可 由 下 式 单
随着 现代 科 学 技 术 的 飞 速发 展 及 其 在 常 规 攻 击 武 器 上 的
运 用 ， 装 甲武 器 的威 力 日益 增 强 ， ＿提 高 武 器 系 统 的作 战 反 为 ｒ 机 动 性 能 和 战场 生 存 能 力 ， 切 需 要 研 制 具 有 良好 防 弹 性 能 迫
目前 已发 展 的细 观 力学 方 法 有 材 料 力 学 法 、 性 力 学 法 、 弹 自一 致场 法 、 经 验 法 、 效 包 合 法 、 联 矩 阵 法 等 等 ， 半 等 桥 已有 研 究
第３ ２卷
第 ２期
四 川 兵 工 学 报
２ １ 年 ２月 ０１
【 其他研 究 】
Ｕ Ｍ Ｅ纤 维 层 合 板 抗 弹 侵 彻 数 值 模 拟 Ｈ ＷＰ
夏清波 ， 麓 晖， 晏 冯兴 民
（ 防科 学 技 术 大 学 指 挥 军 官 基 础 教 育 学 院 ， 沙 国 长 ４ ０７ ） １０ ３
【 Ｓ】＝
ＷＰ Ｅ纤维在进行数值模拟 中存在许 多技术 问题 ： 纤维 的性能
参 数 不 能 直 接用 于 纤 维 增 强 装 甲 防 护 材 料 ， 维 增 强 装 甲 防 纤 护材 料 的 分层 破 坏 和脱 粘 现 象 较 难模 拟 等 。 本 文 中基 于 文 献 ［ ］ ５ 的试 验 ， 据 Ｕ ＷＰ 根 ＨＭ Ｅ纤 维 的物 理 力 学 性 能 ， 用 细 观 力 学 理 论 公 式 ， 导 出 Ｕ ＭＷＰ 利 推 Ｈ Ｅ尤 维 布 叠 层 的各 项 弹性 参 数 及 强 度 参 数 ， 后 运 用 瞬 态 非 线 性 有 而 限元 分 析 软 件 Ａ Ｓ Ｓ Ｌ — Ｙ Ａ Ｎ Ｙ ／ ＳＤ Ｎ Ｄ进 行 数 值 模 拟 ， 过 与 文献 通
型对 Ｕ Ｍ￣ ￣ Ｈ ｑ Ｅ纤 维 层 合 板进 行 数 值 模 拟 ， 拟 结 果 与 试 验 结 果 吻 合 较 好 。得 出利 用 ＭＡ — Ｏ Ｏ ＩＥ Ｄ Ｍ Ｇ 模 Ｔ Ｃ ＭＰ ＳＴ — Ａ Ａ Ｅ材
料 模 型 可 以 较 好地 模 拟 Ｕ ＭＷＰ Ｈ Ｅ纤 维 层 合 板 。
中图分类号 ：Ｂ ０ Ｔ ３３
文献标 识码 ： Ａ
文章编号 ： ０ ００ （０ １ ０ ０ ｌ Ｏ １ ６— ７ ７ ２ １ ）２— ｌ９一 ３ ０
纤维 层 合 板 的 力 学 性 能 可 由材 料 试 验 或 细 观 力 学 方 法 确 定 。
其 中：｛ － Ｏ）＝ ｛ ｒ２ ３ ｌ ， ３ ２ ２ ３
ｌ ３
ｌ） ；｛ ）＝ ２ ｓ
｛
％
Ｓ¨
）。柔度矩阵
Ｓ１ Ｓｌ ２ ３ ０ Ｓｌ Ｓ２ Ｓ ３ ２ ２ ２ Ｓ１ Ｓ２ Ｓ ３ ３ ＂
数是芳纶 （ｅｌ ） ３６倍 Ｊ ｋｖ ｒ 的 ． ａ 。因此 ， 其在工程装 甲防护方面
８） Ｓ ｝ ＝ （ （） １
超 高分 子 量 聚 乙 烯 （ Ｈ Ｕ ＭＷＰ 纤 维 是 继 碳 纤 维 、 ｅｌｒ Ｅ） Ｋｖ ａ
纤 维 之后 的第 三 代 高性 能纤 维 ， 当 前 高 性 能 纤 维 中 比模 量 、 是 比强 度 最 高 的 纤维 ， 究 表 明 Ｕ ＷＰ 研 ＨＭ Ｅ纤 维 层 合 板 的 防 护 系
的应 用 越 来 越 多 。 目前 ， 内外 对 于 超 高 分 子 量 聚 乙 烯 （ Ｈ 国 Ｕ— Ｍ Ｅ） 维 作 为 工 程 装 甲 防 护 材 料 抗 侵 彻 打 击 多 为 一 些 试 ＷＰ 纤
验 研 究 ， 进 行 数 值 模 拟 的 并 不 多 见 。这 主 要 是 因 为 Ｕ Ｍ— 而 Ｈ
—
１ ／Ｇｌ ２ １ ／Ｇｌ ２
Ｄ ＭＡ Ｅ正 交 材 料 模 型 能 较 好 地 模 拟 Ｕ Ｍ Ｅ纤 维 层 合 Ａ Ｇ Ｈ ＷＰ
板 ， 对 Ｕ ＭＷＰ 这 Ｈ Ｅ纤 维 层合 板 的数 值模 拟 具有 重要 意 义 。
（） ２
１ Ｕ ＭＷＰ Ｈ Ｅ纤维层合板参数确定
Ｕ Ｍ Ｅ纤 维 层 合 板 是 由 Ｕ ＭＷＰ 无 维 布 层 压 而 Ｈ ＷＰ Ｈ Ｅ 成 。无 维 布 由体 积 含 量 ８ ％左 右 的 纤 维 和 含 节 约 ２ ％ 的 ０ ０
一
０
１ ／ＥＩ 】 Ｉ２ ） ／Ｅ１ １ １
）３ １１／ＥＩ 】
一 １２ ） ／Ｅｌ １ １ １ ／Ｅ２ ２
一 １３ ３ ／Ｅ２ ２ ２
— １３ ） ／Ｅｌ １ １ 一 Ｉ３ ） ／Ｅ２ Ｇｌ ３
Ｏ
［］ ５ 中的试验结果进行对 比分析 ， 出利用 ＭＡ — Ｏ Ｐ ＳＴ 得 Ｔ Ｃ Ｍ Ｏ ＩＥ
的轻质材料 …。防弹纤维复 合材料 由于具 有质量 轻 、 动能 吸
收 性 好 且无 “ 次杀 伤效 应 ” 特 点 ， 到 了 越 来 越 广 泛 的研 二 等 得
究 和 应用 。
表明， 桥联矩阵法的精度较好 ， 这里采用该法进行计算 。
１１ 单 向纤 维 复 合材 料 ． 对 正交 各 向异 性 材 料 ， 构 可表 示 为 本
摘 要 ： 用 Ａ Ｓ Ｓ Ｌ — Ｙ Ａ 非 线性 有 限元 分 析 软 件 对 Ｕ Ｍ Ｅ纤维 层 合 板 抗 钢 质 立 方 体 弹 片侵 彻 进 行 了 研 究 。 首 利 Ｎ Ｙ ／ ＳＤ Ｎ Ｈ ＷＰ
先 根 据 细 观 力 学理 论 ， 究 确 定 纤 维 层 合 板 的 材 料 参 数 ， 后 利 用 Ｌ —Ｙ Ａ 的 ＭＡ — Ｏ Ｏ ＩＥ Ｄ ＭＡ Ｅ材 料 模 研 然 ｓＤ Ｎ Ｄ Ｔ Ｃ ＭＰ ＳＴ ～ Ａ Ｇ
式 中， ， 和 （，＝１２ ３ 分别 为单 向复合材料 的弹性模 ｉ ｊ ，，）
量， 剪切 模 量 和 泊 松 比 。 根据 桥 联 矩 阵 法 ， 向 复合 材 料 的 弹 性 参 数 可 由 下 式 单
随着 现代 科 学 技 术 的 飞 速发 展 及 其 在 常 规 攻 击 武 器 上 的
运 用 ， 装 甲武 器 的威 力 日益 增 强 ， ＿提 高 武 器 系 统 的作 战 反 为 ｒ 机 动 性 能 和 战场 生 存 能 力 ， 切 需 要 研 制 具 有 良好 防 弹 性 能 迫
目前 已发 展 的细 观 力学 方 法 有 材 料 力 学 法 、 性 力 学 法 、 弹 自一 致场 法 、 经 验 法 、 效 包 合 法 、 联 矩 阵 法 等 等 ， 半 等 桥 已有 研 究
第３ ２卷
第 ２期
四 川 兵 工 学 报
２ １ 年 ２月 ０１
【 其他研 究 】
Ｕ Ｍ Ｅ纤 维 层 合 板 抗 弹 侵 彻 数 值 模 拟 Ｈ ＷＰ
夏清波 ， 麓 晖， 晏 冯兴 民
（ 防科 学 技 术 大 学 指 挥 军 官 基 础 教 育 学 院 ， 沙 国 长 ４ ０７ ） １０ ３
【 Ｓ】＝
ＷＰ Ｅ纤维在进行数值模拟 中存在许 多技术 问题 ： 纤维 的性能
参 数 不 能 直 接用 于 纤 维 增 强 装 甲 防 护 材 料 ， 维 增 强 装 甲 防 纤 护材 料 的 分层 破 坏 和脱 粘 现 象 较 难模 拟 等 。 本 文 中基 于 文 献 ［ ］ ５ 的试 验 ， 据 Ｕ ＷＰ 根 ＨＭ Ｅ纤 维 的物 理 力 学 性 能 ， 用 细 观 力 学 理 论 公 式 ， 导 出 Ｕ ＭＷＰ 利 推 Ｈ Ｅ尤 维 布 叠 层 的各 项 弹性 参 数 及 强 度 参 数 ， 后 运 用 瞬 态 非 线 性 有 而 限元 分 析 软 件 Ａ Ｓ Ｓ Ｌ — Ｙ Ａ Ｎ Ｙ ／ ＳＤ Ｎ Ｄ进 行 数 值 模 拟 ， 过 与 文献 通
型对 Ｕ Ｍ￣ ￣ Ｈ ｑ Ｅ纤 维 层 合 板进 行 数 值 模 拟 ， 拟 结 果 与 试 验 结 果 吻 合 较 好 。得 出利 用 ＭＡ — Ｏ Ｏ ＩＥ Ｄ Ｍ Ｇ 模 Ｔ Ｃ ＭＰ ＳＴ — Ａ Ａ Ｅ材
料 模 型 可 以 较 好地 模 拟 Ｕ ＭＷＰ Ｈ Ｅ纤 维 层 合 板 。
