基于STF增强的Kevlar织物在高速冲击下的力学特性及破坏机理研究

基本信息
批准号:51575262
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:陈伟
学科分类:
依托单位:南京航空航天大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘璐璐,赵振华,罗刚,马驰,吴建林,费龙,许祥胜,李炎
关键词:
剪切增稠液高速冲击破坏机理纤维摩擦Kevlar织物
结项摘要

Shear thicken fluid(STF) was found that it can enhance the ballistic and punch resistance ability of Kevlar woven fabric. If it can be applyed in the containment system which also employs the woven Kevlar fabrics as energy absorption material, it will be meaningful to reduce the containment casing weight and improve its containment capability. This programe investigates on the Kevlar woven fabrics enhanced by STF based on SiO2 nano-particle. Fiber dynamic tensile tests, fiber pull-out test and high speed impact tests are carryed out and meso-scale finite element model in yarn level are established to reveal the influences of STF’s rheological properties on the mechanical property and high speed impact failure mechanism, and develop corresponding numerical simulation methods for the high speed impact analysis of STF-Kevlar fabrics.The main innovations of this program lies in the reveal of the STF rheological properties’ effects on the dynamic tensile properties and inter-yarn friction characteristic of Kevlar fabrics and discovering the high speed impact failure characteristic and energy absorption mechanism. The achievements of this programe can provide the theoretical foundation for the application of Kevlar fabrics enhanced by STF in the aero-engine fan case containment system.

剪切增稠液(STF)能被发现能够有效改善和增强Kevlar织物的防弹、防刺性能,若可用于同样采用Kevlar织物的航空发动机风扇包容机匣的设计,对减轻包容机匣的重量,提高其包容能力具有重要意义。本项目以基于SiO2纳米粒子体系的STF增强Kevlar织物为研究对象,通过开展纤维动态拉伸试验、纤维拔出试验以及高速冲击试验,建立基于纱线水平的细观有限元模型,揭示STF流变特性对STF-Kevlar机织织物在高速冲击下的力学特性和破坏机理的影响规律,发展相应的STF-Kevlar高速冲击数值仿真分析方法。项目的主要创新点在于揭示STF的流变特性对STF-Kevlar织物动态拉伸特性和纱间摩擦特性的影响机制,获得STF-Kevlar织物的高速冲击破坏特征与能量吸收机理。项目研究成果为基于STF增强的Kevlar机织织物在航空发动机风扇包容机匣中的应用奠定理论基础。

项目摘要

剪切增稠液(STF)能被发现能够有效改善和增强Kevlar织物的防弹、防刺性能,若可用于同样采用Kevlar织物的航空发动机风扇包容机匣的设计,对减轻包容机匣的重量,提高其包容能力具有重要意义。本项目以基于SiO2纳米粒子体系的STF增强Kevlar织物为研究对象,开展了3个方面的工作:(1)使用100 nm和650nm直径的SiO2纳米粒子配置了不同浓度的STF;对STF-Kevlar织物开展了纤维束准静态/动态拉伸试验,在细观水平上掌握了STF-Kevlar织物的动态力学行为,揭示了STF对纱线力学行为的影响;针对STF-Kevlar织物开展了纤维拔出试验,掌握了STF对织物纱间摩擦特性的影响规律。(2)针对配置的不同体系的STF-Kevlar织物开展了高速冲击试验,掌握了流变性能对织物抗冲击能力的影响规律;研究了浸轧压力、织物层数以及氧化石墨烯和碳纳米管等纳米材料的添加对STF-Kevlar织物抗冲击性能的影响规律。(3)建立纱线水平的细观有限元模型,基于纱线拉伸力学性能和纱间摩擦特性的试验结果,发展了STF-Kevlar高速冲击细管数值仿真分析方法,揭示STF流变特性对STF-Kevlar机织织物在高速冲击下的力学特性和破坏机理的影响规律。.项目的主要创新点在于揭示STF的流变特性对STF-Kevlar织物动态拉伸特性和纱间摩擦特性的影响机制,获得STF-Kevlar织物的高速冲击破坏特征与能量吸收机理。项目研究成果为基于STF增强的Kevlar机织织物在航空发动机风扇包容机匣中的应用奠定理论基础,相关方法与结论也可推广应用于人体防护系统中。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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