超高分子量聚乙烯纤维增强层合厚板抗高速钝头弹侵彻的理论模型
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维补强复合材料在超高强度.
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維補強複合材料在超高強度及防彈方面的應用謝國煌1*、韓錦鈴2、林士斌11國立台灣大學高分子科學與工程學研究所2國立宜蘭大學化材系本文以介紹超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 纖維複合材料之合成及其與克維拉(Kevlar) 纖維複合材料作為強度及防彈功能上之比較。
高分子基材是以兩類PU改質之樹脂作為基材，探討其間之影響；第一類樹脂係以不同分子量聚醇合成的聚胺酯來改質環氧樹脂，形成互穿網狀結構(IPN；Interpenetrating Polymer Network)之樹脂基材，第二類樹脂同樣以不同分子量聚醇合成之聚胺酯壓克力，搭配苯乙烯形成共交聯劑添加至不飽和聚酯樹脂系統中，以提昇不飽和聚酯樹脂之耐衝擊性質，並降低樹脂硬化時之體積收縮率。
聚胺酯改質環氧樹脂與UHMWPE纖維合成之複材，則以聚酯類的聚胺酯(PBA-type)具有最佳的機械強度改善效果，包括在抗張強度、耐衝擊強度、彎曲強度以及剪切強度等。
改善幅度均較原環氧樹脂增加達40%以上。
這是由於聚酯類的聚胺酯(PBA-type)系統與環氧樹脂有較佳的相容性，所以會比聚醚類的聚胺酯(PPG-type)系統有較佳的機械性質表現。
而以聚胺酯壓克力改質不飽和聚酯與UHMWPE纖維合成之複材，因利用其添加具可交聯性之聚胺酯於不飽和聚酯樹脂中以提昇其耐衝擊性質與降低複材之體積收縮率，耐衝擊性質隨著添加的聚胺酯壓克力的量提升而增加，且聚胺酯壓克力的含量在不飽和聚酯樹脂中越高，硬化時體積收縮率也越低，因此藉由調整聚胺酯壓克力的含量可調整不飽和聚酯樹脂的性質，進而提昇不飽和聚酯樹脂與UHMWPE纖維合成之複材的功能性及其應用價值。
UHMWPE纖維之表面改質；則以電漿及化學蝕刻之表面處理來改質UHMWPE纖維表面，利用電漿表面改質及化學蝕刻改質，均可達到UHMWPE纖維表面粗糙化的目的，進而達成表面改質的效果。
但可能由於改質過程對於纖維表面的結晶結構造成破壞，使得UHMWPE纖維的機械性質有所減損。
手枪弹对带UHMWPE软防护明胶靶标冲击效应的数值分析
手枪弹对带UHMWPE软防护明胶靶标冲击效应的数值分析孙非;马力;朱一辉;徐诚【摘要】超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)防弹衣可以有效地阻止手枪弹的侵彻作用,但仍会对有生目标的机体产生非贯穿钝击伤,其详细机理尚不清楚.非贯穿钝击伤机理可以采用带防护的明胶模拟靶标进行研究,建立了手枪弹高速撞击带UHMWPE软防护明胶模拟靶标有限元计算模型,数值模拟了某7.62 mm手枪弹对带纤维软防护明胶靶标冲击响应过程,数值计算结果与实验结果基本一致,验证了有限元模型的正确性.研究结果揭示了在该7.62 mm手枪弹侵彻过程中,弹体速度、加速度变化规律、软纤维防护层的吸能比例和破坏特征;获得了明胶内瞬时空腔和压力波形成与发展规律,更进一步揭示了手枪弹非贯穿钝击作用力学机理.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2018(037)013【总页数】7页(P20-26)【关键词】超高分子量聚乙烯纤维防弹衣;明胶;钝性撞击;非贯穿钝击伤;瞬时空腔演化【作者】孙非;马力;朱一辉;徐诚【作者单位】南京理工大学机械工程学院,南京210094;63856部队,吉林白城137000;南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094【正文语种】中文【中图分类】TP391.9超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)具有重量轻、比强度高和比模量高等特性，通常被用来制作防护手枪弹的软质防弹衣,尽管该材料可以阻止手枪弹的侵彻作用，但仍会对有生目标的机体产生非贯穿钝击伤，开展手枪弹侵彻带纤维软防护机体靶标的非贯穿钝击伤产生机理研究，对软质防弹衣结构和材料的改进设计、以及软防护状态钝击伤的医学诊疗具有一定指导意义。
非贯穿钝击伤可以采用带防护的生物靶标和带防护的明胶模拟靶标进行研究，生物靶标内部冲击响应难于测量，试验重复性差。
10%明胶材料密度肌肉相同，力学性能与肌肉相似，具有性能稳定、埋设传感器和高速摄像测量方便等优点，常常被用作有生目标的模拟物，故带防护的明胶模拟靶标在创伤弹道学研究非贯穿钝击伤中广泛应用[1-3]。
非贯穿侵彻超高分子量聚乙烯纤维软体防弹衣数值模拟
Ｉ ｓ — Ｄ Ｙ Ｎ Ａ中建 立该 防弹衣 的有 限元模 型． 仿 真 结果表 明 ： 有 限元模 拟 防弹衣 的破坏 形 态与试验 结 果 基本 一致 ； Ｕ ＨＭ ＷＰ Ｅ复合材 料具 有优 异的抗 弹性 能．该数值 模 拟 方 法能有 效评 估 和预 测 复合 材料
抗 弹性 能和冲 击形 态．
第２ ２卷 第 ｌ 期
２ ０ １ ３年 ２月
计 算 机 辅 助 工 程
Ｃｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ａｉ ｄ ｅ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｖ ｏ １ ． ２ ２ Ｎ ｏ ． １
Ｆｅ ｂ．２ ０ｌ ３
文 章 编号 ： １ ０ ０ ６—０ ８ ７ １ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ ｌ 一 ０ ０ ４ ６ ． ０ ４
．
Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎｅ ｄ ｂｙ ｔ ｈ ｅ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ ｌ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ０ ｎ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍｉ ［ ａ ｒ ｔ ０ ｔ ｈ ｅ
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ＵＨＭ Ｗ ＰＥ ｓ ｏ ｆ ｔ ｂ ｏ ｄ ｙ ａ ｒ ｍｏ ｒ
ＤＯＮＧ Ｐ ｉ ｎ ｇ ，ＸＵ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ，Ｃ ＨＥ Ｎ Ｊ ｉ ｎ ｇ 。
半球头长杆弹高速侵彻半无限厚靶临界速度理论模型
半球头长杆弹高速侵彻半无限厚靶临界速度理论模型刘闯;张先锋;黄长强;丁力;徐晨阳;邓佳杰【摘要】高速/超高速侵彻问题一直是武器设计者和防护工程专家关注的焦点问题之一.随着撞击速度的提高,弹体由刚体侵彻转入变形、流体侵彻状态,进而导致侵彻深度不再随速度呈单一上升趋势.为预测大着速范围下弹体的侵彻状态,基于弹体质量守恒、动量守恒及弹体动态强度计算方法,建立了弹体侵彻过程中的动力学平衡方程,进而确定高速侵彻临界速度.在与已有实验结果对比验证的基础上,分析了不同弹靶参数对侵彻临界速度的影响规律.结果表明:随着弹体静态屈服强度增大,弹体的变形长度减小,弹体的临界侵彻速度增大;弹靶塑性波波速等参数对高速侵彻状态临界速度也有显著影响.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2019(038)009【总页数】7页(P8-14)【关键词】爆炸力学;高速侵彻;侵彻状态;临界速度;弹体变形【作者】刘闯;张先锋;黄长强;丁力;徐晨阳;邓佳杰【作者单位】南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094;空军工程大学航空航天工程学院,西安710038;南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094【正文语种】中文【中图分类】TH212;TH213.3随着现代防御体系的发展，具有重要战略价值的目标(如军事指挥所、控制及通讯防护工事、飞机机库等)已经实现了堡垒化。
为打击这些坚固工事，国内外相关机构已经加紧研制超高速(4～6 Ma)侵彻武器[1]。
相关研究表明：随着撞击速度的提高，弹体对目标的侵彻模式由刚体侵彻向变形侵彻甚至流体侵彻转变，对靶体的侵彻深度也会呈现先增加后减小再增加的趋势[2]，这种变化会直接影响武器的侵彻效能。
因此，开展弹体在高速/超高速侵彻条件下临界侵彻速度及其影响因素的研究对高速侵彻武器的发展有重要的指导意义。
UHMWPE球面层合板弹道侵彻性能研究
UHMWPE球面层合板弹道侵彻性能研究陈昕;朱锡;梅志远;王晓强【摘要】进行了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)平面层合板、平面夹芯结构以及球面夹芯结构的弹道侵彻实验研究,发现凸球面结构的抗侵彻能力低于平面结构,根据实验现象对球面结构初始曲率的不利影响作了初步分析.应用DYTRAN软件对不同曲率的UHMWPE层合板弹道侵彻进行了数值仿真,分析了层合板曲率对弹道性能的影响规律,认为曲率对层合板变形的限制作用以及由此导致的应力集中是造成抗侵彻能力下降的主要原因.%Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) laminates, plane sandwich stuctures and spherical sandwich structures were studied with ballistic penetration tests, and lower anti-penetraion performance of convex spherical structures was found than that of plane structures.Disadvantage of initial curvature of spherical structures was elementarily analyzed based on experimental phenomena.Ballistic penetration of UHMWPE laminates with different curvatures was numerically simulated with DYTRAN FEM software, and curvature influence on ballistic properties was analyzed.The deformation restriction of curvatures and the induced stress concentration due to initial curvature were considered to be the main causes to lead to degradation of anti-penetration capacity of a UHMWPE spherical laminate.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2011(030)004【总页数】5页(P119-123)【关键词】弹道侵彻;层合板;UHMWPE;球面;有限元【作者】陈昕;朱锡;梅志远;王晓强【作者单位】海军工程大学船舶与海洋工程系,武汉,430033;海军工程大学船舶与海洋工程系,武汉,430033;海军工程大学船舶与海洋工程系,武汉,430033;海军工程大学船舶与海洋工程系,武汉,430033【正文语种】中文【中图分类】O347.3超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作为继碳纤维、芳纶之后出现的第三代高性能纤维，不仅比强度和比模量非常高，并且在冲击作用下表现出优异的能量吸收性能，在防弹、抗冲击领域已经得到了广泛的应用［1－5］。
超高分子量聚乙烯纤维层合板抗侵彻性能的一种数值分析方法
曹铭津，陈力，方秦超高分子量聚乙烯纤维层合板抗侵彻性能的一种数值分析方法曹铭津1，2，陈力2，方秦1（1.陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室，江苏南京210007；2.东南大学爆炸安全防护教育部工程研究中心，江苏南京211189）摘要：为了准确模拟和预测超高分子量聚乙烯纤维层合板（ultrahigh molecular weight polyethylene laminate ，UHMWPEL ）的抗侵彻性能，将UHMWPEL 离散为若干正交各向异性的单层板及若干黏结界面层分别建模；继而基于ABAQUS/Explicit 求解器进行用户动态材料子程序二次开发，单层板损伤起始准则采用应力耦合的3D Hashin 准则，黏结层损伤起始准则采用拉剪耦合的二次应力准则，二者均采用双线性材料本构模型及基于等效应力和断裂韧性的损伤演化方法；发展了一种适用于三维复合材料层合板抗侵彻分析的有限元计算方法。
基于该方法计算预测了典型的10mm 和20mm 厚UHMWPEL 在楔形钢质破片模拟弹（FSP ）在不同初始速度冲击侵彻作用下的损伤破坏状态和FSP 残余速度。
计算结果表明，与已有试验相比，10mm 和20mm 厚的UHMWPEL 弹道极限速度（v 50）预测误差分别为0.6%和11.3%，FSP 各残余速度数值计算误差均小于14.2%；UHMWPEL 的损伤破坏过程表现出先冲切破坏和局部鼓包，继而大范围鼓包、大面积分层以及纤维拉伸破坏的两阶段特性，与已有试验的观测现象相吻合，验证了本文计算模型和方法的可靠性。
关键词：高分子量聚乙烯纤维层合板（UHMWPEL ）；侵彻；动态本构子程序；黏结单元中图分类号：TB332；O385文献标志码：ADOI ：10.11943/CJEM20202121前言纤维增强复合材料层合板（fiber reinforced poly‑mer laminate ，FRPL ），具有高比强度和高比模量，耐腐蚀性强且抗疲劳性好等优点，广泛应用于航空航天，机械制造与军事防护等领域［1］。
超高分子量聚乙烯纤维复合材料在防弹领域的应用
超高分子量聚乙烯纤维复合材料在防弹领域的应用
作者：李楠， 韩辉， 李军
作者单位：中国兵器工业集团第二○一研究所,北京,100072
1.郑震.施楣梧.周国泰超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料及其防弹性能的研究进展[期刊论文]-合成纤维2002,31(4)
2.苟圆.华坚防弹纤维及其材料的结构、性能和应用[会议论文]-2004
3.郑震.王新灵超高分子量聚乙烯纤维防弹复合材料的研究[会议论文]-2005
4.夏逸平.张凡柔性防弹材料抗侵彻机理分析[会议论文]-2006
5.朱江.董祥忠先进的复合材料在防弹领域中的应用与研究[会议论文]-2010
6.曾筱晓全新的纤维防弹材料[期刊论文]-科学24小时2001(4)
7.梁子青.周庆.邱冠雄.王涛超高分子量聚乙烯纤维防弹复合材料的研究[期刊论文]-天津工业大学学报
2003,22(2)
8.张佐光.宋焕成.张大兴.孙志杰轻质防弹复合材料技术发展与研究[会议论文]-2001
9.郑震.杨年慈.施楣梧.黄可龙.ZHENG Zhen.YANG Nian-ci.SHI Mei-wu.HUANG Ke-long硬质防弹纤维复合材料的研究进展[期刊论文]-材料科学与工程学报2005,23(6)
10.黄时建.HUANG Shi-jian高性能纤维复合材料的防弹性能探讨[期刊论文]-上海纺织科技2010,38(8)
本文链接：/Conference_6285571.aspx。
UHMWPE纤维层合板抗弹侵彻数值模拟
四川兵工学报
２０１ １年２月
ＵＨＭＷＰＥ纤维层合板抗弹侵彻数值模拟
夏清波，晏麓晖，冯兴民
（困防科学技术大学指挥军官基础教育学院，长沙４１００７３）
摘要：利用ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡ非线性有限元分析软件埘ＵＨＭＷＰＥ纤维层合板抗钢质立方体弹片侵彻进行了研究。首
先根据细观力学理论，研究确定纤维层合板的材料参数，然后利用ＬＳ．ＤＹＮＡＤ的ＭＡＴ—ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ—ＤＡＭＡＧＥ材料模
（１０）
式中，［ｃ］为刚度矩阵。
则０。层和９０。层的本构分别为
｛ＩＴ｝ｌ＝［Ｃ］ｌ｛占｝ｌ
（１１）
｛盯｝：＝［Ｃ］２｛占｝２
（１２）
假没０。和９０。的铺层数相等且为交叉铺层，则板的弹性性
能与仅有一层０。和一层９０。层合布的性能完全相同。
不失一般性，取正交两层的厚度相等，则ｉＦ交复合材料的
本构关系为
｛盯）＝【０１｛８｝
量，剪切模量和泊松比。
根据桥联矩阵法…，荤向复合材料的弹性参数町由下式
计算
Ｅｌｌ＝哪ｎｌ＋ｋ玩
（３）
收稿日期：２０１０—１２—０３ 作者简介：夏清波（１９８３一），男，硕士研究生，从事防灾减灾与防护工程研究；
晏麓晖（１９６２一），男，教授，硕上研究生导师，主要从事同体力学及防护工程研究。
万方数据
１２０
统筹配置训练资源提高集约化保障水平，也是基于信息 系统体系作战炮兵训练保障的一个发展趋势。对于任何一 支部队而言，其所建设的训练场功能一般都是比较单一，这 就需要在战区、兵种甚至全军范围内统筹配置、资源共享，尽 叮能地达到集约化保障，只有这样／ｒ能克服基于信息系统体 系作战的炮兵训练保障与训练发展不协调的状况，不言而 喻，集约化保障必将成为未来炮兵训练保障的一个重要手 段，同时，部队集约化保障水平也会大幅提高。
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２ ０ １ ５ 年６ 月
中
国Hale Waihona Puke 舰船研究
Ｖｏ Ｉ ． １ ０ Ｎｏ． ３
Ｃｈｉ ｎｅ ｓ ｅ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌ ｏ ｆ Ｓｈ ｉ ｐ Ｒｅｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ５
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摘 要： 结 合 超 高 分 子 量 聚 乙 烯 纤 维增 强 塑 料 （ Ｕ Ｆ Ｒ Ｐ ） 层 合厚板抗高速侵 彻的特点 ， 将 整 个 侵 彻 过 程 分 为 开 坑
镦粗 、 剪切压缩 和拉伸变形 ３ 个 阶 段 。 通 过 改进 开 坑 镦 粗 阶 段 的计 算 方 法 和 拉 伸 变 形 阶 段 的 计 算 过 程 ， 基 于 能
头 弹侵 彻 Ｕ Ｆ Ｒ Ｐ 层 合 厚 板 的 弹体 侵 彻 深 度 和层 合 厚 板 的 弹 道 极 限 进 行 合 理 的预 测 ， 并 可 降 低试 验 成 本 。 关键 词 ： 层合厚板 ； 高速 侵 彻 ； 舰 船 防护 ； 超 高分 子量 聚 乙 烯
中 图分 类 号 ： Ｕ ６ ６ １ ． ４ ３ ； Ｔ Ｂ ３ ３ ２ 文 献标 志码 ： Ａ ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ０ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ — ３ １ ８ ５ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ３ ． ０ １ １
量守恒原理 建立 Ｕ Ｆ Ｒ Ｐ 层合厚板抗高 速钝 头弹侵彻 的弹体侵彻深度和靶板 弹道极 限的计 算模 型 ， 并给 出相应 的
计算 流程图 。通 过采用该模 型计算相关文 献试验工 况下 的弹体侵 彻深度和层合 厚板弹道极 限 ， 发 现计 算值与 文献试 验结果均 吻合较好 。改进后 的模 型考虑 了弹丸初速度对 开坑镦粗 阶段 侵彻深度 的影 响 ， 能 够对高速钝
ｂ ｅ ｒ ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ ｌ ａ ｍ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｓ ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｈ ｉ ｇ ｈ － ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｂ ｌ ｕ ｎ ｔ — ｎ ｏ ｓ ｅ ｄ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｌ ｅ ｓ ［ Ｊ ］ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｉ ｐ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ， ２ ０ １ ５ ． １ ０ （ ３ ） ： ６ ３ — ６ ９ 。 ８ ３ ．
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超高 分子量聚 乙烯 纤维 增强 层合厚板 抗高速钝 头弹侵彻的理论模 型
陈长 海 ， 徐 文 献 ， 朱 锡 ， 侯 海 量
１海 军 工 程 大 学 舰 船 工 程 系 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ３ ３ ２海 军 湛 江 地 区装 备 修 理 监 修 室 ， 广东 湛江 ５ ２ ４ ０ ０ ５
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｄｕ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ０ ｎ —ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ —ｈ ｉ ｇ ｈ ｍｏ ｌ ｅ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｐ ｏ ｌ ｙ ｅ ｔ ｈ ｙ ｌ ｅ ｎ ｅ ｆ ｉ ｂｅ ｒ
期 刊 网址 ： Ｗ Ｗ Ｗ ． ｓ ｈ ｉ ｐ － ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
引用格式 ： 陈长海 ， 徐文献 ， 朱锡 ， 等． 超高分子量聚乙烯纤维增强层合 厚板 抗高速钝 头弹侵彻 的理论模 型［ Ｊ ］ ＇ 中 国舰船研
究， ２ ０ １ ５ ， １ ０ （ ３ ） ： ６ ３ — ６ ９ ， ８ ３ ．