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第1章 绪论1

1.1 纺织结构复合材料在冲击防护领域中的应用1

1.2 纺织复合材料冲击动力学研究现状2

1.3 纺织结构复合材料冲击加载基本性质4

1.3.1 高应变率加载测试4

1.3.2 单向、层合板及二维纺织结构复合材料在高应变率下的力学性能研究7

1.4 纺织复合材料弹道侵彻性质9

1.5 本书目标11

参考文献12

第2章 纺织结构复合材料冲击动力学的相关知识24

2.1 高性能纤维24

2.1.1 玻璃纤维25

2.1.2 高强聚乙烯醇纤维25

2.1.3 玄武岩纤维25

2.1.4 芳纶纤维26

2.1.5 碳纤维26

2.1.6 其他纤维27

2.2 织物几何结构与表征28

2.2.1 机织物的几何结构和表征29

2.2.2 针织物的几何结构和表征30

2.2.3 编织物的几何结构和表征32

2.3 纺织结构复合材料33

2.3.1 复合材料力学基础知识34

2.3.2 二维纺织复合材料刚度39

2.3.3 三维纺织复合材料刚度54

2.3.4 纺织层压复合材料强度68

2.4 冲击测试技术80

2.4.1 Hopkinson杆测试技术与数据时频处理80

2.4.2 弹道侵彻测试技术87

参考文献88

第3章 纤维材料力学性质应变率效应92

3.1 纤维束力学性能的Weibull统计理论92

3.2 纤维束力学性质的应变率效应96

3.2.1 玻璃纤维力学性质应变率效应96

3.2.2 高强聚乙烯醇（PVA）纤维力学性质应变率效应98

3.2.3 玄武岩纤维力学性质应变率效应101

3.2.4 芳纶纤维力学性质应变率效应108

3.2.5 碳纤维力学性质应变率效应113

参考文献116

第4章 三维纺织结构复合材料力学性质、应变率效应和频域特征117

4.1 三维机织复合材料117

4.1.1 实验原料117

4.1.2 三维机织物试样规格及主要设计参数118

4.1.3 三维机织复合材料在不同应变率下的动态压缩实验119

4.1.4 三维机织复合材料在不同应变率下的破坏模式123

4.2 三维针织复合材料125

4.2.1 实验原料125

4.2.2 多轴向经编织物试样规格及主要设计参数125

4.2.3 多层多轴向经编针织复合材料在不同应变率下的动态压缩实验126

4.2.4 多层多轴向经编针织复合材料在不同应变率下的破坏模式130

4.3 三维编织复合材料132

4.3.1 实验原料132

4.3.2 四步法1×1三维编织物试样规格及主要设计参数132

4.3.3 四步法1×1三维编织复合材料在不同应变率下的动态压缩实验133

4.3.4 四步法1×1三维编织复合材料在不同应变率下的破坏模式136

4.4 机织针织混杂材料139

4.4.1 机织针织共混结构织物及其复合材料139

4.4.2 冲击拉伸实验139

4.4.3 拉伸实验结果141

4.5 基于系统函数的应变率效应分析149

4.5.1 引言149

4.5.2 三维纺织复合材料系统建模方法149

4.5.3 三维机织复合材料的频率响应特性和稳定性150

4.5.4 多层多轴向经编针织复合材料频率响应特性和稳定性155

4.5.5 四步法三维编织复合材料频率响应特性和稳定性160

4.5.6 机织针织共混复合材料频率响应特性和稳定性165

4.5.7 连续系统与Laplace变换分析法171

4.5.8 有关问题探讨177

4.6 复合材料冲击损伤频域分析178

4.6.1 引言178

4.6.2 CWK复合材料冲击拉伸的FFT分析179

4.6.3 CWK复合材料冲击拉伸的HHT分析182

参考文献197

第5章 二维平纹机织物弹道冲击能量吸收200

5.1 分析模型200

5.1.1 横向冲击下无限长单纱对弹体能量的吸收200

5.1.2 单根主纱应变能201

5.1.3 受约束纱线对弹体能量的吸收202

5.1.4 单层交叉但不交织织物对弹体能量的吸收203

5.1.5 单层平纹织物对弹体能量的吸收204

5.1.6 弹道侵彻时间204

5.1.7 算例和验证205

5.2 连续介质假设的有限元模型与计算208

5.2.1 织物连续介质假设有限元建模208

5.2.2 有限元计算结果211

5.3 真实细观结构的有限元模型与计算214

5.3.1 纱线、织物、弹头几何模型建立214

5.3.2 靶板侵彻有限元模型216

5.3.3 实体单元有限元模型计算结果219

参考文献228

第6章 三维机织物弹道侵彻破坏230

6.1 三维正交机织物弹道侵彻破坏分析模型230

6.1.1 三维正交机织物230

6.1.2 弹道侵彻测试231

6.1.3 纤维束应变率效应233

6.1.4 分析模型计算234

6.2 三维正交机织物弹道侵彻破坏有限元模型245

6.2.1 背景知识介绍245

6.2.2 三维正交机织物的细观结构模型246

6.2.3 几何有限元模型247

6.2.4 结果和讨论249

6.3 三维角联锁机织物弹道侵彻破坏分析模型257

6.3.1 三维角联锁机织物257

6.3.2 弹道侵彻测试258

6.3.3 分析模型计算260

6.4 三维角联锁机织物弹道侵彻破坏有限元模型269

6.4.1 有限元模型的建立269

6.4.2 结果和讨论272

参考文献284

第7章 二维层压复合材料弹道冲击损伤有限元模型计算288

7.1 层压防弹复合材料基本结构特征288

7.2 有限元模型基本结构288

7.3 有限元模型计算290

参考文献298

第8章 三维正交机织复合材料弹道冲击破坏300

8.1 单胞模型300

8.1.1 三维正交机织复合材料的刚度／柔度矩阵300

8.1.2 三维正交机织复合材料的材料子程序和破坏准则308

8.1.3 三维正交机织复合材料弹道侵彻有限元计算结果312

8.2 细观结构模型326

8.2.1 三维正交机织细观结构模型326

8.2.2 弹道侵彻过程有限元计算结果333

参考文献348

第9章 三维角联锁机织复合材料弹道侵彻破坏349

9.1 单胞模型349

9.1.1 三维角联锁机织复合材料的刚度／柔度矩阵350

9.1.2 三维角联锁机织复合材料的材料子程序和破坏准则356

9.1.3 三维角联锁机织复合材料弹道侵彻有限元计算结果356

9.2 纤维倾斜模型364

9.2.1 三维角联锁纺织复合材料的纤维倾斜模型365

9.2.2 三维角联锁机织复合材料的破坏准则367

9.2.3 三维角联锁机织复合材料弹道侵彻有限元计算结果369

9.3 多尺度结构模型375

9.3.1 三维角联锁机织复合材料弹道侵彻实验375

9.3.2 三维角联锁机织复合材料多尺度结构模型377

9.3.3 运算时间381

9.3.4 有限元计算结果与讨论382

参考文献391

第10章 三维编织复合材料弹道侵彻破坏393

10.1 连续介质简化模型394

10.2 连续介质精细模型401

10.3 细观结构模型410

参考文献422

第11章 三维多轴向针织复合材料弹道侵彻破坏424

11.1 单胞模型424

11.1.1 单胞模型的线弹性刚度／柔度矩阵425

11.1.2 复合材料弹塑性刚度／柔度矩阵427

11.1.3 临界损伤面积（CDA）失效理论427

11.1.4 树脂／纤维的退化和失效428

11.1.5 单胞均匀化428

11.1.6 有限元数值模拟429

11.1.7 有限元模型429

11.1.8 弹体的剩余速度430

11.1.9 弹体在穿透过程中加速度情况432

11.1.10 弹体在穿透过程中的能量损失情况433

11.1.11 应力波在复合材料靶板中的传播和扩散434

11.1.12 复合材料靶板的破坏演化436

11.1.13 复合材料靶板的破坏模式与分析439

11.2 细观结构简化模型441

11.2.1 针织结构分析441

11.2.2 基本假设441

11.2.3 简化方法442

11.2.4 针织纱与树脂组合等效模型力学参数的确定443

11.2.5 树脂和纤维的应力-应变关系448

11.2.6 细观结构简化模型的建立449

11.2.7 双轴向经编针织复合材料弹道侵彻有限元模型450

11.2.8 弹道侵彻有限元计算结果及讨论455

参考文献467

第12章 织物弹道侵彻性能影响因素469

12.1 二维平纹织物弹道侵彻性能影响因素469

12.1.1 纤维材料应变率效应469

12.1.2 靶板直径对弹道冲击模型结果的影响470

12.1.3 子弹弹着点位置对弹道冲击模型结果的影响472

12.2 三维机织物弹道侵彻性能影响因素473

12.2.1 纤维特性473

12.2.2 织物结构474

12.2.3 子弹几何形状474

12.2.4 子弹速度475

12.2.5 织物层数475

12.2.6 织物靶体尺寸及固定方式475

12.2.7 摩擦力476

参考文献476

第13章 纺织结构复合材料弹道冲击性能比较477

13.1 三维机织复合材料弹道侵彻性能影响因素477

13.1.1 纤维和基体材料性能以及子弹形状的影响478

13.1.2 靶厚和纤维体积分布的影响478

13.1.3 应变率的影响479

13.2 各类纺织结构复合材料弹道冲击性能比较481

参考文献484

第14章 三维纺织结构复合材料横向冲击性能485

14.1 三维机织复合材料横向冲击性能485

14.1.1 三维正交机织复合材料的横向冲击测试及结果485

14.1.2 三维正交机织复合材料的横向冲击的有限元计算491

14.2 三维编织复合材料横向冲击性能495

14.2.1 简化单胞模型496

14.2.2 有限元模拟499

14.2.3 实验和有限元结果499

14.3 三维针织复合材料横向冲击性能504

14.3.1 实验概述504

14.3.2 实验结果与讨论506

14.3.3 三维多重混杂针织结构复合材料细观力学结构模型510

14.3.4 复合材料冲击性质有限元计算520

参考文献530

第15章 总结和展望531

15.1 研究总结531

15.1.1 学术成绩1531

15.1.2 学术成绩2533

15.1.3 学术成绩3535

15.2 今后工作展望537

15.2.1 目前工作现状537

15.2.2 今后工作展望538

参考文献542

致谢546

索引548