Исследование противоударных и проникающих свойств базальтоволоконных композитов с различными моделями плетения и укладки

баллистические испытания базальтового волокна, базальтовых композитов в военных технологиях

В данном исследовании были разработаны и изготовлены два вида базальтоволоконых композитов и представлены их противоударные и проникающие характеристики.

Механические свойства и механизм разрушения композитов были проанализированы при различных режимах нагрузки. На основании исследования были сделаны следующие выводы:

a)Влияние моделей плетения и укладки на противоударные и проникающие свойства композитов из базальтового волокна связано с формой ударного элемента. Ударопрочность при использовании полусферического ударного элемента на низкой скорости выше у однонаправленных базальтоволоконных композитов (UBFC ), чем у тканых базальтоволоконных композитов (WBFC).

Поглощенная энергия у UBFC на 5,37% выше, чем у WBFC при энергии удара 40 Дж, и на 10,93% выше при энергии удара 60 Дж.

Ударопрочность при использовании острого ударного элемента на низкой скорости ниже у UBFC, чем у WBFC. Поглощенная энергия UBFC на 7,69% ниже, чем у WBFC при энергии удара 50 Дж.

b)Влияние моделей плетения и укладки на противоударные и проникающие свойства композитов из базальтового волокна связано со скоростью нагружения композитов.

Баллистические характеристики UBFC превосходят WBFC. Остаточная глубина проникновения UBFC составляет 25,24 мм, в то время как для WBFC — 26,19 мм, а коэффициент защиты DEF для UBFC составляет 0,48, что выше 0,42 для WBFC.

Схемы моделей плетения и укладки композитов: (а) WBFC; (б) UBFC.

Тем не менее, на низких скоростях UBFC уступают по ударопрочности WBFC. Поглощенная энергия UBFC на 7,69% ниже, чем у WBFC, когда два композитных материала подвергаются энергии удара 50 Дж.

с)Изучен механизм разрушения двух композитов при разных способах нагружения. При воздействии изгибающей нагрузки в трех точках, UBFC проявили большую склонность к расслаиванию, и их прочность на изгиб также оказалась ниже, чем у WBFC.

В условиях воздействия полусферического ударного элемента на низкой скорости, повреждения, вызванные расслаиваием, у UBFC композита были более существенными, тогда как WBFC показали более низкую степень расслаивания и более низкое поглощение энергии.

В условиях воздействия острого ударного элемента на низкой скорости, большое количество волокон WBFC композита были разорваны в области удара, при этом острый ударный элемент может легко выжимать волокна и перфорировать нетканый UBFC напрямую, так что волокна не рвутся полностью в области удара.

В условиях воздействия пули на высокой скорости, волокна UBFC не могут проскальзывать за чрезвычайно короткое время, и основной моделью разрушения становится разрыв и расслаивание, в то время как WBFC разрушаются главным образом из-за разрыва волокна.

d) В ходе испытания на удар при низкой скорости и баллистического испытания, было обнаружено, что высота выпуклости задней части и площадь повреждения задней части у WBFC композита меньше, чем UBFC. WBFC больше подходят для применения в целях личной защиты, а нетканые UBFC больше подходят для защиты оборудования.

Финансирование
Автор (ы) сообщили получение следующей финансовой поддержки в целях исследования, авторства и / или публикации этой статьи: данное исследование было поддержано Национальным научным фондом Китая (№ 51571033). Данная работа была частично поддержана Национальным фондом естественных наук Китая в рамках гранта № 11521062.

Авторы:

Хай-дон Фу (1), Синь-я Фэн (1), Цзинь-сю Лю (1,2), Чжи-мин Ян (1), Чуан Хе (3), Шу-куи Ли (3)

1) Факультет материаловедения и инженерии, Пекинский технологический институт, Китай.
2) Китайская национальная ключевая научно-техническая лаборатория по материалам, подверженным нагрузкам и ударам, Пекинский технологический институт, Китай.
3) Государственная лаборатория взрывотехники, Пекинский технологический институт, Китай.

Полный текст:

An investigation on anti-impact and penetration performance of basalt fiber composites with different weave and lay-up modes

Использование

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*