【摘 要】
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船舶使用环境的复杂性使其防护结构在已遭受弹丸等侵彻作用并形成损伤后,再次遭受弹丸冲击的概率极高。由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维增强复合材料与铝合金复合而成的船用防护模块具有优良的防护性能,本文针对其受损后的剩余抗侵彻性能及影响因素进行研究,旨在为工程维护提供参考并降低经济损失。本文首先叙述了船舶服役时易遭受连续弹丸打击的问题背景及研究意义,介绍了累积侵彻及相关材料防护性能的现状及发展;然后
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船舶使用环境的复杂性使其防护结构在已遭受弹丸等侵彻作用并形成损伤后,再次遭受弹丸冲击的概率极高。由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维增强复合材料与铝合金复合而成的船用防护模块具有优良的防护性能,本文针对其受损后的剩余抗侵彻性能及影响因素进行研究,旨在为工程维护提供参考并降低经济损失。本文首先叙述了船舶服役时易遭受连续弹丸打击的问题背景及研究意义,介绍了累积侵彻及相关材料防护性能的现状及发展;然后对UHMWPE无纬布材料进行静动态拉伸实验,获得相关力学性能参数并拟合本构方程;再使用卵形弹对防护模块中的组件靶板及组合靶板进行连续侵彻实验,对比分析靶板遭受弹丸连续侵彻后的失效形式以及弹着点间距的影响;通过有限元软件的重启动功能对相应实验进行数值模拟,验证数值模拟方法的准确性;利用数值模拟方法对不同芯层厚度比的防护模块进行单次和二次侵彻研究,分析抗侵彻机理并优选出抗重复侵彻能力较优异的芯层厚度比结构;最后在较优结构的基础上进行损伤预制方法研究,并数值模拟初始损伤程度、弹着点与损伤间距、弹头形式及初始速度三类影响因素对含损伤防护模块抗侵彻性能的影响。主要研究内容如下:（1）对UHMWPE无纬布组件材料进行静动态力学性能实验研究,得出其抗拉强度并分析材料在静态拉伸实验后的失效形式;利用霍普金森拉杆实验装置分析其高应变率下的动态响应,结合不同应变率下的应力-应变曲线拟合其本构方程。（2）使用一级轻气炮发射卵形弹,对较薄的船用防护模块组件及组合靶板进行连续侵彻实验。通过高速摄像机捕捉弹体的侵彻过程,分析各靶板遭受弹丸连续侵彻损伤后的失效形式以及弹着点间距的影响。（3）采用宏观等效建模方法建立船用防护模块的数值模型,分析无纬布分层建模厚度对计算结果的影响。使用有限元软件ANSYS/LS-DYNA的重启动功能数值模拟并对比实验结果,验证该简化数值模型的可靠性,同时指出相应靶板模拟的误差范围。（4）通过数值模拟,建立立体织物不同厚度占比的防护模块数值模型,分别计算单次侵彻与二次侵彻,从速度与吸能方面优选出抗重复侵彻性能较为优异的结构。（5）在较优结构的基础上进行船用防护模块损伤预制方法研究,并数值模拟初始损伤程度、弹着点与损伤间距、弹头形式及初始速度三类影响因素对含损伤防护模块抗侵彻性能的影响。
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