1、　　交通事故、高空墜物傷人、工程實施過程中機械撞擊事故的頻發(fā),致使人們對諸如此類低速沖擊的防護需求越來越迫切,要求越來越高。從現(xiàn)有的文獻看,目前大多數(shù)學者的實驗主要著重于低速沖擊作用過程中,復合材料自身對沖擊能量的吸收與材料損傷、損壞機理,以及防范或減緩材料損傷、損壞的方法等研究,以及紡織復合材料在被沖擊或者擊穿的情況下,對能量吸收、撓度變化等定性研究。而針對紡織復合材料在受低速沖擊下能量的傳遞情況和防護人體免受低速沖擊傷害未見深入的研

2、究,特別是沖擊力對防護材料背面人體的實際影響程度未見可行的測試與評判方法。
　　沖擊載荷作用下防護材料的能量吸收、傳遞等情況對研究防護人體免受低速沖擊傷害相當重要。本文從低速沖擊下紡織復合材料能量的吸收與傳遞等方面出發(fā),搭建了由沖擊載荷系統(tǒng)、信號放大器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等三大部分構成的低速沖擊應力波測試平臺；選用有機玻璃板、樹脂分別與碳纖維、玄武巖、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的單向布或機織物復合構成不同的紡織復合材料試樣,通過

3、沖擊實驗檢測、分析試樣不同部位傳感器獲得的沖擊應力波峰值、峰值時間間隔與沖擊應力波傳遞率；應用ANSYS軟件對低速沖擊現(xiàn)象進行有限元數(shù)值模擬,探討沖擊應力波在不同的紡織復合材料內(nèi)部的傳播規(guī)律；最后,針對早期低速沖擊測試平臺的缺陷,參與了新型低速沖擊測試儀的設計與研制,開展了對沖擊彈頭定位夾持機構、沖擊載荷平臺、測速機構、安全防護系統(tǒng)的部分設計、改進、裝配工作,重點主持了測速機構的選型、設計與調試。以上研究將為紡織復合材料在人體防護、精密

4、儀器防護等方面的應用提供一定的理論支撐,對開發(fā)防護低速沖擊的實用性產(chǎn)品具有現(xiàn)實的意義。
　　本文研究內(nèi)容與取得的成果主要涉及以下四個方面：
　　(1)在自主搭建的簡易低速沖擊應力波測試平臺上,對由碳纖維、玄武巖纖維、UHMWPE三種不同性能的增強纖維粘接有機玻璃板復合而成的紡織復合材料進行沖擊實驗,在100mm高度自由落體條件下,測試分析沖擊能量與傳遞時間、傳遞速度等方面的關系,以此來分析應力波的平面?zhèn)鞑?。試驗發(fā)現(xiàn)低速沖

5、擊下纖維增強復合材料中應力波的幅值隨著遠離沖擊點呈衰減的趨勢；最接近沖擊點處,碳纖維機織物增強復合材料的初始應力波傳遞率最大；而在遠離沖擊點處,UHMWPE機織物的應力波傳遞率最大,具有較好的應力波橫向傳播性能；但UHMWPE單向布的應力波傳遞率最小,其對沖擊能量吸收最多。且三類高性能纖維中,UHMWPE纖維增強復合材料應力波傳遞速度最快。綜合之,抗低速沖擊材料選擇UHMWPE單向布較為適宜。
　　(2)基于ANSYS/LS-D

6、YNA軟件對模擬參數(shù)試樣進行數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)在試樣受彈頭沖擊的中心位置,應力從沖擊點向周圍呈輻射狀傳遞,應力值由大到小逐漸變化；對此試驗材料而言,當材料中心位置受到?jīng)_擊彈頭沖擊時,首先會在材料的邊緣處引發(fā)應變并逐漸增大；通過數(shù)值模擬繪制了沖擊頭的速度和加速度曲線,并結合實際沖擊測試試驗對速度和加速度進行了分析。
　　(3)以實現(xiàn)以上試驗的拓展研究所必須的實驗為目標,探討對原有低速沖擊測試儀的改進設計。本人主持了測速機構的選型與設計

7、,參與了門型機架、沖擊彈頭定位夾持機構、沖擊載荷平臺、安全防護系統(tǒng)的設計、改進、裝配和調試。提出了門型機架鋼絲網(wǎng)面防護改進方案、沖擊彈頭定位夾持機構的慢速延時夾持方案、沖擊載荷平臺的可控升降改進方案,通過多方努力,最終成功實施,解決了相應問題。
　　(4)通過對多種測速方案的比較、篩選,最終選取了光纖傳感器反射法測速方案,實現(xiàn)了低速沖擊測試儀準確測速。測速機構可檢測沖擊頭沖擊試樣前的瞬間速度和反彈速度,以此可表征沖擊總能量和反彈