纺织复合材料低速冲击下能量吸收与传递研究

论文摘要

伴随高空坠物，交通安全等造成的人体伤害事故频发，对人体防护材料的设计备受瞩目。目前大多数学者针对纺织复合材料低速冲击下的损伤失效，能量的吸收等进行了大量的研究，揭示了纺织复合材料冲击破坏模式和机理，但针对材料在受冲击下能量的传递情况未见深入的研究，特别是冲击力对防护材料背面人体的实际影响程度未见可行的测试与评判方法。本课题就是从人体损伤与防护的角度出发，探索纺织复合材料在低速冲击下，能量的吸收与传递情况，研究纺织复合材料受到冲击后能量传递到被保护者一面的剩余冲击力与复合材料各项特性的关系。本课题初步分析了冲击波在纺织复合材料中的传递规律，并对现有的研究方法和测试仪器作出分析后，针对现有测试手段的缺陷和不足，研究设计了可检测冲击能量在复合材料中的吸收和传递特性的测试系统雏型。本论文的研究内容与取得的成效主要涉及以下四方面：（1）研究分析冲击波在纺织复合材料中的传递规律及其影响因素，研究冲击可能对人体造成的伤害形式，设计一个在受冲击的纺织复合材料的正反面能够同时获得到冲击力数据的装置，并对设计的仪器的可行性做了较为全面的分析。（2）在对仪器的各模块设计完成之后，对测试仪器各模块进行整合与调试。在不同的测试条件下，进行各种冲击测试，对测试数据进行了归类和回归分析，并且对比了PVDF传感器输出波形与标准传感器输出波形的差别。结果表明，不同冲击能量和传感器输出数值之间具有明显的线性关系，PVDF传感器与标准传感器输出波形一致，测试数据准确可信。并且在仪器的设计方面进行了调整，有效地过滤了外部电磁波对仪器输出信号的干扰。（3）在仪器校准的基础上，对部分材料进行了冲击测试，通过对被冲击材料上下两面传感器输出数值和波形的分析，证实了仅仅依靠检测冲击点一面的材料受力状态是无法真实地反应人体真实的受力状况，证明本论文设计的测试仪器的合理性和科学性。（4）对多组不同材料以及材料组合进行了冲击测试实验，通过大量的数据的分析，初步寻找出对能量传递和吸收的影响因素，对提高防护冲击装备的防护性能给出了相应的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 纺织复合材料发展现状
• 1.2.2 复合材料冲击试验技术
• 1.2.3 复合材料低速冲击研究现状
• 1.3 研究的内容和创新点
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 创新点
• 1.4 研究的方法和步骤
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 技术路线
• 第二章 复合材料能量吸收传递与人体损伤的研究
• 2.1 能量吸收的研究
• 2.1.1 能量的吸收的机理
• 2.1.2 能量吸收的影响因素
• 2.2 能量传递的研究
• 2.2.1 能量传递的机理
• 2.2.2 能量传递的影响因素
• 2.2.2.1 能量传递与材料模量的关系
• 2.2.2.2 能量耗散与材料弹性模量的关系
• 2.2.2.3 能量传递与材料结构的关系
• 2.2.2.4 能量传递与材料界面的关系
• 2.3 人体损伤的研究
• 2.3.1 颅脑的损伤
• 2.3.2 躯体的损伤
• 2.4 本章小结
• 第三章 低速冲击下能量吸收与传递测试仪器的构思与开发
• 3.1 测试仪器的整体构思与试验件的制备
• 3.2 低速冲击测试系统的原理
• 3.2.1 测试系统原理
• 3.2.2 可行性分析
• 3.3 信号接收模块
• 3.3.1 动载荷的接收
• 3.3.2 载荷平台
• 3.4 信号放大模块
• 3.4.1 工作原理
• 3.4.2 主要参数
• 3.5 数据采集与处理模块
• 3.6 仪器的标定与整合调试
• 3.6.1 传感器的校准
• 3.6.2 电磁波的干扰和过滤
• 3.7 本章小结
• 第四章 仪器各模块的整合调试与冲击测试
• 4.1 仪器设计合理性分析
• 4.2 实验材料的选择与制备
• 4.3 实验测试
• 4.3.1 柔性材料冲击测试与分析
• 4.3.2 刚性材料冲击测试与分析
• 4.3.3 刚柔性复合材料冲击测试与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 论文结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢