防弹衣后钝性损伤模型探析

防弹衣后钝性损伤模型与破片损伤模型基本一样,只用在人体躯干模型外加上防弹结构模型,如图9.9所示。手枪弹弹着点位于心脏正前方的胸骨中心处,并且只建立部分复合防弹结构模型,对人体躯干前表面进行防护,其表面形状与人体躯干相同,紧贴于人体躯干。

图9.9　防弹衣后钝性损伤模型

防弹结构由5层AlSi10Mg和5层TPU进行“硬-软-硬”复合(铝合金+TPU+铝合金)而成,总厚度为12 mm,除AlSi10Mg面板厚度为3 mm外,其余各层厚度均为1mm,防护面积为0.11m2,面密度为2.37 g/cm2。防弹结构复合方式如图9.10所示。

图9.10　防弹结构的复合方式

同时,为研究EPE缓冲层对防弹衣后钝性损伤的影响,在人体躯干与复合防弹结构之间加EPE,用于削弱复合防弹结构对人体躯干的冲击作用。复合防弹结构和EPE建模为六面体单元并采用Lagrange算法,对手枪弹弹着点处的复合防弹结构和EPE网格进行局部加密,加密网格尺寸为0.5 mm,其余网格尺寸为2 mm。

钢被甲与铅芯,手枪弹与复合防弹结构、EPE、人体躯干之间采用面面侵蚀接触*CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE;AlSi10 Mg及TPU与人体躯干之间采用自动面面接触*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE;AlSi10 Mg、TPU和EPE之间采用固连面面接触*CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE。为防止应力波影响计算结果,将复合防弹结构和EPE的边界设置为非反射边界。

AlSi10Mg采用弹塑性材料模型*MAT_PLASTIC_KINEMATIC,材料参数如表9.3所示。TPU采用*MAT_BLATZ-KO_RUBBER材料模型,材料参数如表9.4所示。EPE采用*MAT_LOW_DENSITY_FOAM材料模型,材料参数如表9.5所示。(www.xing528.com)

表9.3　AlSi10M g合金的材料参数

表9.4　TPU的材料参数

表9.5　EPE的材料参数

图9.11　EPE的应力-应变曲线