纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)安全防護(hù)速度計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)安全防護(hù)速度計(jì)算方法，尤其涉及通過統(tǒng) 計(jì)及概率分析方法計(jì)算纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的安全防護(hù)速度的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料由于其材料特性，具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能和力學(xué)性能，除了 比強(qiáng)度、比模量高于目前常用于防護(hù)工程的金屬材料，其抗疲勞性、抗震性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于金屬 材料，更重要的是它在受到彈道沖擊的情況下不會(huì)像金屬材料一樣發(fā)生"二次殺傷效應(yīng)，因 而具有優(yōu)良的彈道防護(hù)性能。因此，目前被廣泛的用于防彈衣、防彈頭盔、坦克、飛機(jī)及艦船 的防護(hù)裝甲中。
[0003] 目前，常用于裝甲材料彈道極限測(cè)試方法為V5tl法，其試驗(yàn)方法為取彈道試驗(yàn)過程 中，彈丸無法穿透的裝甲材料時(shí)的三個(gè)最大初速及彈丸穿透的裝甲材料時(shí)三個(gè)最小初速， 且這六個(gè)數(shù)據(jù)中最大彈速差值不得大于50m/s，V5tl的值就是由這六次試驗(yàn)的彈丸初速取平 均值得到。
[0004] 但是，不同于金屬防護(hù)結(jié)構(gòu)的確定性及彈丸穿透過程的局部性，纖維增強(qiáng)復(fù)合材 料層合結(jié)構(gòu)，由于材料制備時(shí)工藝過程中細(xì)微差異，如：含膠量、纖維布層數(shù)及方向角、層間 粘合程度均會(huì)導(dǎo)致纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的彈道極限的波動(dòng)。同時(shí)，由于纖維增強(qiáng)復(fù) 合材料層合結(jié)構(gòu)中應(yīng)力波速度較高且結(jié)構(gòu)重量較輕，因此，在彈道試驗(yàn)過程中，參與防御 彈丸的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的范圍要遠(yuǎn)大于金屬結(jié)構(gòu)，從而彈丸質(zhì)量的細(xì)微差異、 彈丸初速的范圍、著彈位置的差別、邊界夾持的控制等因素也都會(huì)導(dǎo)致彈道測(cè)試結(jié)果的波 動(dòng)性。
[0005] 因此，目前使用的V5tl測(cè)試法對(duì)于測(cè)試?yán)w維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的防護(hù)能力存 在以下缺陷：（1)試驗(yàn)結(jié)果要求初速范圍小，從而對(duì)試驗(yàn)時(shí)彈丸初速范圍要求較高，同時(shí)試 驗(yàn)次數(shù)較多；（2)忽略了試驗(yàn)過程中的波動(dòng)性，測(cè)試結(jié)果與層合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抵御目標(biāo)的閾值 會(huì)存在一定偏差，若測(cè)試結(jié)果相對(duì)于層合結(jié)構(gòu)對(duì)于特定目標(biāo)的實(shí)際抵御能力偏大，則會(huì)導(dǎo) 致層合結(jié)構(gòu)在使用過程中無法抵御目標(biāo)，造成人員傷亡或武器設(shè)備的損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)安全防護(hù)速 度計(jì)算方法，能夠較為準(zhǔn)確地通過已有的彈道試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu) 的安全防護(hù)速度。
[0007] 為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)安全防護(hù)速度 計(jì)算方法，該方法包括以下步驟：
[0008] 步驟1，通過在試驗(yàn)中選取合適試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)彈道極 限分布模型的均值y。
[0009] 步驟2,根據(jù)彈道試驗(yàn)條件及試驗(yàn)過程中使用層合結(jié)構(gòu)統(tǒng)一性確定結(jié)果的容忍 度A，在彈道極限正態(tài)分布模型的置信度為98%的基礎(chǔ)上，計(jì)算彈道極限正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差 OO
[0010] 步驟3,根據(jù)彈丸初速分布范圍應(yīng)比選取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的初速范圍稍大，建立彈丸 初速的概率分布模型。
[0011] 步驟4,根據(jù)步驟1~步驟3中確立的彈丸初速和層合結(jié)構(gòu)的彈道極限分布模型， 通過matlab等隨機(jī)取樣軟件重現(xiàn)彈道試驗(yàn)過程。
[0012] 步驟5,根據(jù)步驟4中的數(shù)值模擬彈道試驗(yàn)結(jié)果，得到單次數(shù)值抽樣試驗(yàn)與分布均 值的最大正向偏差％及最大負(fù)向偏差《 2。
[0013] 步驟6,根據(jù)計(jì)算過程中使用試驗(yàn)的彈丸初速均值，單次數(shù)值抽樣試驗(yàn)的兩個(gè)最大 偏差，計(jì)算纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的安全防護(hù)速度。
[0014] 進(jìn)一步地，該步驟1中合適試驗(yàn)數(shù)據(jù)是指，選取n次試驗(yàn)結(jié)果作為建立層合結(jié)構(gòu) 彈道極限分布的基礎(chǔ)，n為偶數(shù)，且其中（n/2)次試驗(yàn)結(jié)果為彈丸無法穿透層合結(jié)構(gòu)最大速 度，（n/2)次試驗(yàn)結(jié)果為彈丸完全穿透層合結(jié)構(gòu)最小速度。
[0015] 進(jìn)一步地，計(jì)算n次的彈丸初始速度的平均速度y:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)安全防護(hù)速度計(jì)算方法，其特征在于該方法由以下 步驟實(shí)現(xiàn)：步驟1，通過在試驗(yàn)中選取合適試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)彈道 極限分布模型的均值y;步驟2,根據(jù)彈道試驗(yàn)條件及試驗(yàn)過程中使用層合結(jié)構(gòu)統(tǒng)一性確 定結(jié)果的容忍度A，在彈道極限正態(tài)分布模型的置信度為98%的基礎(chǔ)上，計(jì)算彈道極限正 態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差O;步驟3,根據(jù)彈丸初速分布范圍應(yīng)比選取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的初速范圍稍大，建 立彈丸初速的概率分布模型；步驟4,根據(jù)步驟1~步驟3中確立的彈丸初速和層合結(jié)構(gòu)的 彈道極限分布模型，通過matlab等隨機(jī)取樣軟件重現(xiàn)彈道試驗(yàn)過程；步驟5,根據(jù)步驟4中 的數(shù)值模擬彈道試驗(yàn)結(jié)果，得到單次數(shù)值抽樣試驗(yàn)與分布均值的最大正向偏差Q1及最大 負(fù)向偏差《2;步驟6,根據(jù)計(jì)算過程中使用試驗(yàn)的彈丸初速均值，單次數(shù)值抽樣試驗(yàn)的兩個(gè) 最大偏差，計(jì)算纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的安全防護(hù)速度。
2. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)算方法，其特征是步驟6中所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié) 構(gòu)的安全防護(hù)速度vs，Vs表示在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)能防護(hù)的安全載荷，此條件下 的載荷無法穿透層合結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)安全防護(hù)速度計(jì)算方法，包括以下步驟：步驟1，計(jì)算纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)彈道極限分布模型的均值μ。步驟2，確定結(jié)果的容忍度λ，并計(jì)算彈道極限正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差σ。步驟3，建立彈丸初速的概率分布模型。步驟4，通過matlab等隨機(jī)取樣軟件重現(xiàn)彈道試驗(yàn)過程。步驟5，得到單次數(shù)值抽樣試驗(yàn)與分布均值的最大正向偏差ω1及最大負(fù)向偏差ω2。步驟6，計(jì)算纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的安全防護(hù)速度。本發(fā)明能夠較為準(zhǔn)確地通過已有的彈道試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的安全防護(hù)速度。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號(hào)】CN104794307
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510228850
【發(fā)明人】侯海量, 胡年明, 朱錫, 陳長(zhǎng)海
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年5月7日