聚脲弹性体复合结构抗冲击防护性能研究

发布时间：2020-05-06 17:24

【摘要】：聚脲弹性体因其优异的综合力学性能，在防护工程领域具有巨大的应用前景。本文采用试验研究和数值模拟相结合的方法，从耗能机制、破坏机制和速度效应上对聚脲弹性体复合结构的抗冲击防护性能进行了研究。 采用7.62mm口径尖头弹丸对SPUA-502聚脲弹性体和LY12硬铝合金板组成的复合结构进行300～450m/s速度范围的正侵高速冲击试验，其中铝板总厚度为4mm，聚脲层厚度为6mm，复合结构的总厚度为10mm，形成无涂层铝板、三明治结构和层状涂覆结构。采用激光测速装置和铝箔测速装置测量弹丸的初速和余速，并从聚脲层和结构整体的单位面密度的速度降和动能耗散，结构破坏和耗能机制方面上进行了分析和讨论。通过对比发现，层状涂覆结构的弹丸速度降最大，且随着冲击速度的增大，弹丸速度降也随之增加；该结构整体的动能耗散是无涂层铝板结构的1.10倍，是三明治结构的1.36倍，其中，聚脲层作为背板时的动能耗散是聚脲夹层的2.73倍，是铝板的1.29倍；从弹坑剖面上分析发现，无涂层铝板呈现圆锥形扩孔，复合结构在靠近聚脲层的铝板孔道出现收缩，聚脲层和铝板间出现了撕裂剥离，，且在聚脲层上发现少量的铝屑，这体现了聚脲层作为涂覆背板时能够有效阻挡碎片飞溅的巨大优势。 结合试验结果，采用ANSYS/LS-DYNA软件对438m/s冲击速度下三类结构的弹丸余速和破坏机制进行分析，经过验证发现所选的材料模型能够有效模拟结构的抗冲击性能和破坏模式；在此基础上，扩展研究了新型复合结构-叠层结构，该结构的总厚度也为10mm，不同的是聚脲层既作为夹层又作为涂层，且其厚度发生变化。通过模拟研究发现，叠层结构的弹丸余速均低于层状涂覆结构；其中凡是有聚脲层作为涂覆背板的复合结构，弹丸在完全穿透复合结构时，均出现“释能过程”，即弹丸速度会有一定的提升；由不同结构类型的模拟结果得到复合结构的弹道痕迹变化示意图。
【图文】：

（a）工程防腐 （b）船舶防撞 （c）爆炸防护图 1.1 聚脲弹性体在工程上的应用聚脲是由异氰酸酯组分（简称Ａ组分）与氨基化合物组分（简称Ｒ组分）反应的一种弹性体物质[17]，它有优良的工程力学性能[18]，具有弹性模量高、抗拉强度

不同应变率下的应力应变关系曲线
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TJ410;E951

【参考文献】

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5 秦红;;油气管道施工喷涂聚脲弹性体技术研究[J];今日科苑;2008年06期

本文编号：2651606