普諾泰科研團(tuán)隊(duì)在周慶博士的指導(dǎo)下，與天津工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究院共同合作研究，在UHMWPE復(fù)合材料彈道響應(yīng)機(jī)制的理論研究領(lǐng)域取得了一些高價(jià)值的研究成果，已經(jīng)在SCI、EI期刊上發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文。
2023年10月11日，國(guó)際權(quán)威期刊《Composite Structures》（復(fù)合材料領(lǐng)域Top期刊，影響因子6.3）在線發(fā)表了研發(fā)團(tuán)隊(duì)題為《Influence of projectile physical state on ballistic energy absorption capacity of UHMWPE laminate Experiment and Simulation》的最新研究成果。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.117607。
文章通過(guò)彈道實(shí)驗(yàn)討論了彈丸類型對(duì)UHMWPE復(fù)合材料彈道性能的影響，進(jìn)一步解析了UHMWPE復(fù)合材料層壓板應(yīng)對(duì)彈丸穿孔侵徹的漸進(jìn)響應(yīng)機(jī)制，并基于有限元仿真模擬解耦分析了彈丸物理狀態(tài)量對(duì)UHMWPE復(fù)合材料彈道性能的影響。
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圖1 基于CT掃描獲取的UHMWPE復(fù)合材料層壓板在彈著點(diǎn)處的橫截面損傷形貌（a）17格令標(biāo)準(zhǔn)模擬破片穿孔層壓板；（b）56式7.62mm普通彈穿孔層壓板。
由圖1可知，在17格令標(biāo)準(zhǔn)模擬破片和56式7.62mm普通彈穿孔侵徹作用下，UHMWPE復(fù)合材料層壓板具有相似的響應(yīng)模式，并且根據(jù)斷口損傷特征，其在厚度方向上都可以分為兩部分。第I部分為局部穿孔響應(yīng)，以剪切破壞為主；第II部分為局部/結(jié)構(gòu)耦合響應(yīng)，以區(qū)域性面外彎曲變形為主，并伴有剪切、拉伸變形、熔融等多種模式的耦合破壞。
在彈道沖擊后損傷機(jī)制研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合貫穿性彈道彈丸速度演變的經(jīng)驗(yàn)曲線，推導(dǎo)了貫穿性彈道沖擊的漸進(jìn)響應(yīng)過(guò)程并將其分為三個(gè)階段（A、B、C），如圖2a所示，并通過(guò)有限元模擬驗(yàn)證，如圖2b所示。在這個(gè)沖擊過(guò)程中，由于層壓板的逐層破壞，彈丸的阻力逐漸減小，因而彈丸主要經(jīng)歷了減速度先增大后降低的減速度運(yùn)動(dòng)；由于受到彈丸的壓縮和剪切破壞，層壓板中的彈道響應(yīng)區(qū)域主要經(jīng)歷了先加速后減速的響應(yīng)過(guò)程。
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圖2 貫穿性彈道沖擊過(guò)程中彈丸與子層壓板速度演變的經(jīng)驗(yàn)區(qū)曲線及有限元模擬驗(yàn)證
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圖3 基于有限元模擬解耦彈丸物理狀態(tài)量對(duì)UHMWPE復(fù)合材料層壓板彈道性能的影響
隨后，根據(jù)驗(yàn)證的有限元模型，解耦分析了彈丸自旋速度、變形、口徑和質(zhì)量對(duì)UHMWPE復(fù)合材料層壓板彈道性能的影響，如圖3所示。結(jié)果表明彈丸自旋主要通過(guò)導(dǎo)致層壓板內(nèi)材料的扭轉(zhuǎn)變形來(lái)降低其彈道性能，而彈丸變形、口徑和質(zhì)量都是通過(guò)影響層壓板的彈道響應(yīng)區(qū)域來(lái)影響其彈道性能的。
此外，研究團(tuán)隊(duì)已于2022年7月29日在期刊《International Journal of Impact Engineering》（沖擊領(lǐng)域Top期刊，影響因子5.1）上發(fā)表題為《Ballistic response of ultra-high molecular weight polyethylene laminate impacted by mild steel core projectiles》的研究成果。文章討論了層間剪切強(qiáng)度對(duì)UHMWPE復(fù)合材料層壓板彈道性能的影響，并以此為切入點(diǎn)，結(jié)合彈道沖擊后層壓板多尺度-多層面的內(nèi)部損傷形貌分析，解析了層壓板的非貫穿性彈道沖擊過(guò)程和內(nèi)部損傷演化，并基于能量守恒定理，建立了層壓板損傷吸能評(píng)估模型，量化了彈道動(dòng)能的耗散機(jī)制。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2022.104338。
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