DIC产品用于防刺服防刺力学性能测试

快讯 来源: 2022/4/25 17:58:17 阅读:1856

防刺服作为特种防护用品,采用特殊材料制作并需经过严苛测试。防刺服主要依靠剪切原理,能量分散范围窄,与防弹衣作用机理有差异,专用防刺服需达到标准规定, 防弹与防刺效果兼备的产品备受关注。

新拓三维XTDIC-STROBE动态应变测量系统,搭配防刺冲击试验机进行测试,可精确评估防刺材料及防刺服在动态冲击条件下的防刺性能,为防刺服的设计研发提供数据支撑及物理验证方法。

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防刺材料及结构测试需求

防刺织物的纤维原料具有高强度、高模量、耐冲击、高吸能等特性。目前,国际上较为流行的原料主要包括芳纶、超高分子量聚乙烯 (UHMWPE) 纤维、聚对苯撑苯并唑 (PBO) 纤维。

根据不同的防护要求,选择不同结构的防刺织物形式。针织结构由于良好的成型性、极好的能量吸收性和抗冲击疲劳性能,其在人体防护装甲材料应用中越来越受到重视。

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柔性防刺交织织物结构

 

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 高强丝平纹防刺织物结构


防刺性能测试方法

防刺性能测试已进入标准化阶段,以英国HOSDB标准和美国NIJ 0115.00防刺标准为代表,对防刺服的测试设备、测试刀具、背衬材料等做了明确规定。测试装备包括试验刀具、刀具握持器和刀具下落用的导轨装置。冲击实验的刀具有防刺PIB和防锥穿SPB刀具,进行严苛的防刺实验。

为研究开发出国内领先、国际先进的柔性防刺服产品,本次测试试验在GA 68—2003标准的基础上,采用开刃刀具,其硬度大于或等于HRC 40。

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硬度≥HRC的40开刃刀具

依据GA 68—2003测试标准,测试采用准静态防刺试验仪,搭配准静态防刺性能记录仪,用于记录准静态试验中刀具的位移与受力的关系曲线,从而导出刀具穿刺防刺层时试样的动能变化,确保正确评价材料的防刺性能,分析与研究防刺机理。

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有限元模拟

防刺机理基于防刺基本力学机理,涉及动力学理论。穿刺刀入刺靶板(多层织物)是一个动力学过程,可采用有限元程序进行非线性动力学计算。

刀座为刚体材料,穿刺刀由于考虑磨损变形,不宜用刚体模拟,因此织物和穿刺刀均采用带失效的材料模拟,并遵从最大应变理论。通过织物和穿刺刀实体元的失效即可模拟多层织物破坏的全过程。

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有限元模拟各类织物在不同穿刺力作用下的破坏全过程。有限元分析显示,当刀具的穿刺力作用在防刺服表面时,由于织物表面弯曲,穿刺力分解为垂直于织物表面的法向力(剪切力)和平行于织物表面的切向力(拉伸力)。防刺层破坏时,纤维兼有剪切断裂和拉伸断裂,防刺服抗剪切和抗拉伸力学性能是关键,其中抗剪切性能占主导地位。


DIC数字散斑技术用于防刺测试

仿真模拟准确性在某种程度上并不可靠,需进行物理测试验证。新拓三维数字图像相关技术(DIC),可测试动态冲击下的应力应变,分析过程快、获取数据详细,已逐步代替传统的应变片等测试方法。

测试采用XTDIC-STROBE三维动态变测量系统,利用高速摄像机进行图像采集,XTDIC软件进行分析,测量防刺衣料在刀尖瞬时刺穿载荷下的全场位移及应变。

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将两台高速摄影机架设在横梁上,试验台发出指令的同时刀具落下瞬间击穿布料,根据采样定理,高速摄影机同步按照1秒2000帧的速率进行采集,高速摄影相机分辨率为1280pixel*886pixel。

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根据高速相机采集的图像,结合XTDIC软件进行数据分析,可以得出防刺织物在被刺穿瞬间的表面位移变化,为防刺织物力学性能分析提供数据支撑,同时能够和有限元模拟结果进行比对,在一定程度上对仿真结果起到了验证作用。

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随着国际反恐、公共安全领域对防刺服类需求增长,环保防刺等技术性能要求提升,未来对高性能且轻质的高端防刺服的需求将逐渐扩大。

XTDIC-STROBE三维动态变测量系统,可高效、精确地测量防刺服在动态冲击下表面瞬时应变场和位移场,可实现防刺织物在被穿刺瞬间表面变形程度的分析,可验证有限元结果的准确性,有助于高性能软质防刺材料和防刺服的设计研发。


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