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1. Numerical investigation of the high-velocity impact performance of body armor panels
防弹装甲板高速冲击性能的数值研究
翻译人：郑泽森 校核人：李天震
超高分子量聚乙烯背板与陶瓷的结合可以有效抵抗高速弹丸造成的侵彻，但由于子弹对防弹衣的高速冲击会产生复合防弹板背板变形(BFD)，如何降低高速冲击后的背板变形一直备受关注。本文通过弹道试验和有限元模拟来评估防弹衣插板的防护性。软质防弹板和陶瓷防弹板的仿真模型均根据实验数据进行了有效性验证，然后，讨论了在超高分子量聚乙烯背板后添加泡沫垫的防弹板性能。仿真结果表明，添加泡沫垫可以有效降低粘土的凹陷。同时，对陶瓷-超高分子量聚乙烯复合防弹板的性能进行了研究。陶瓷层可以部分吸收高速弹丸的动能，并且增大超高分子量聚乙烯背板与RP #1粘土鉴定靶的接触面积，从而降低了靶板变形。此外，还讨论了UHMWPE板层间强度和层间堆叠方向对背板变形的影响。文章中的仿真能够较好地捕捉到超高分子量聚乙烯板和陶瓷面板的损伤行为，为新型防弹衣插板的设计和改进提供指导。
图 解:RP #1 粘土鉴定靶的变形。(a) 7.62×25 mm 子弹撞击 UHMWPE 面板后实验产生的 BFD 凹痕；(b) 冲击速度为 420 m/s 时的模拟中的 BFD 凹痕。
Jun L ,Yongqiang L ,Sheng L , et al.Numerical investigation of the high-velocity impact performance of body armor panels[J].Thin-Walled Structures,2023,189
2. Damage and energy absorption behaviour of composite laminates under impact loading using different impactor geometries
不同几何形状冲头落锤冲击下复合材料层合板的损伤和能量吸收行为
翻译人：万泽周 校核人：梁子睿
冲突的轮廓对于确定初始损伤的位置和形状以及复合材料中损伤演化方式非常重要。本文比较了使用圆头和平头落锤冲头在低速冲击下复合材料的损伤和能量吸收行为。通过在10至30J的冲击能量下进行落锤测试，分析并比较了载荷响应曲线和能量吸收状况。此外，还通过超声C扫描，光学显微镜(OM)，扫描电子显微镜(SEM)等方法来评估复合材料试样中冲击引起的损伤程度和类型。结果表明，使用平头落锤时，损伤引发的冲击能量阈值大于20J，而使用圆头落锤时小于10J。为了进一步了解损伤机制，对撞击后试样的横截面进行了OM和SEM检查，圆头落锤在冲击能量为25J时观察到基体开裂、分层和纤维拉出断裂。平头落锤在冲击能量为25J时，发现基体开裂和随后始于冲击器圆形周边的分层，然后从冲击点传播开来并在冲击器下方留下了一个中心区域，没有发生基质开裂或分层。本文对圆头和平头落锤的载荷响应、分层面积和损伤机理进行了对比与分析，让我们比较清楚的了解了两种不同几何形状引起的详细损伤机制。
图解:圆头落锤在冲击能量为25J时的试样横截面检测：（a）检测位置;（b）中央部分的OM图像;（c）使用SEM表征的代表性损害机制。
平头落锤在冲击能量为25J时的试样横截面检测：（a）检测位置;（b）中央部分的OM图像;（c）使用SEM表征的代表性损害机制。
Ding Y, Liu J, Hall Z E C, et al. Damage and energy absorption behaviour of composite laminates under impact loading using different impactor geometries[J]. Composite Structures, 2023, 321: 117259.
3. Tensile failure of open-hole composite laminates with yarn gaps: Experimental and numerical study
带纱线间隙的开孔复合材料层合板的拉伸失效：实验与数值研究
翻译人：姚华柯 校核人：赵子龙
碳纤维增强复合材料近年来应用广泛，开孔复合材料层压板的机械性能也得到了广泛的研究。在现有研究中，很少有研究关注层压板的纱线间隙的开孔问题。本文探讨了多向碳纤维织物增强复合材料开孔层合板的拉伸力学性能、损伤演化过程和失效机理，建立了两种类型的有限元模型：宏观等效模型和中尺度模型，中尺度模型考虑了纱线之间的间隙。采用实验和数值方法对试件的应变和应力分布、缺口强度、损伤演化过程和破坏机理进行了研究。结果显示，宏观等效模型和中尺度模型的误差分别为5.5 %和1.5 %，使用考虑纱线间隙和开孔耦合效应的中尺度模型，可以增强精度。且应力分布受开孔面积和纱线方向的影响，峰值应力出现在开孔边缘和垂直于穿过缺口中心的纤维方向的线的交点处。最后，在损伤演化方面，不同角度的纤维层表现出不同的失效机理。在0°层中，发生纤维断裂、纤维拉出和少量基体开裂。此外，纤维断裂形貌与相邻纤维层的角度和0°层的堆叠位置有关。
图解:当载荷达到6 KN（无损伤）时，代表性铺层中的应力分布。宏观等效模型的（a）45°、（b）0°和（c）−30°层中的应力分布，其中（A）、（B）和（C）是开孔区域的放大视图。中尺度模型（d）45°、（e）0°和（f）−30°层中的应力分布，其中（D）、（E）和（F）是开孔区域的放大视图。
Fig. 10. The stress distributions in the representative layers when the load reached 6 KN (without damage). The stress distribution in the (a) 45 ◦ layers of the macroscale-equivalent model, where (A), (B), and (C) are enlarged views of the open-hole area. The stress distribution in the (d) 45° , (e) 0° (f) - 30°layers of the mesoscale model, where (D), (E), and (F) are enlarged views of the open-hole area.
4. Soft impact of GLARE fiber metal laminates
软体冲击加载下玻璃纤维增强铝合金层合板的动态力学行为研究
翻译人：梁子睿 校核人：李天震
由交替金属层和纤维增强复合层组成的纤维金属层合板（FML）具有优异的机械性能，如疲劳、抗冲击和损伤容限特性，这使其在航空航天工业领域具有巨大的发展潜力。复合层中不同纤维的金属层合板，如ARALL（芳纶纤维）、GLARE（玻璃纤维）、CARALL（碳纤维），已经受到广泛关注和研究。本文通过实验和数值研究了全夹持的玻璃纤维纤维金属层合板在闭孔泡沫铝弹丸冲击下的动态响应。具有各种叠层角度的FML由玻璃纤维预浸料和铝合金制成，每种层之间的厚度相同。实验中观察到了FML的主动破坏模式，包括金属裂纹的全局变形和局部凹陷、纤维断裂、分层和层间脱粘。结果表明，FML的损伤程度和挠度随厚度的增加而减小。斜角铺层的FML具有与正交铺层相似的变形和失效模式。同时进行了有限元（FE）仿真，与实验结果吻合较好。金属泡沫弹丸的大部分动能通过金属层的变形、复合层的变形和断裂、脱粘和泡沫压缩而耗散。通过提高层间粘接强度，可以增强FML的抗冲击性。
图 解:FML试样在软体冲击下的侧向变形比较。(a) 原始试样，(b)软体冲击后的试样 G2–1–0/90–9（脉冲3.60 Ns），(c)软体冲击后的试样 G3–2–0/90–8（脉冲 4.55 Ns），以及(d)软体冲击后的试样 G4–3–0/90–3（脉冲 3.97 Ns）
图解:FML试样在软体冲击下的变形和破坏模式。(a)试样 G2–1–0/90，(b)试样 G3–2–0/90，(c)试样 G4–3–0/90，以及(d)试样 G3–2-±45
图解:试样G2–1–0/90在不同脉冲作用下三种粘接强度的失效模式(mf=10.9g)。
Li K, Qin Q, Cui T, et al. Soft impact of GLARE fiber metal laminates[J]. International Journal of Impact Engineering, 2023, 178: 104607.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2023.104607
5. High-performance and high-precision Al2O3 architectures enabled by high-solid-loading, graphene-containing slurries for top-down DLP 3D printing
高固含量、含石墨烯的浆料实现高性能、高精度Al2O3结构，用于自上而下的DLP 3D打印
翻译人：韩泽华 校核人：赵子龙
迄今，制造高固含量氧化铝浆料，并权衡高固含量、打印精度和打印胚体强度之间的关系，以便通过数字光处理（DLP）3D打印技术实现高性能、高精度的氧化铝陶瓷部件，仍然是一个技术挑战。该研究通过优化分散剂，开发出一种适用于自上而下式DLP 3D打印的60vol%的高固含量浆料，并在浆料中创新性地引入石墨烯，使得胚体的打印精度和强度与高固含量脱钩。同时添加的石墨烯可显著降低浆料的流动性，从而使打印更协调。加入0.07wt%石墨烯，胚体尺寸偏差从90-880µm降低至最大70µm，弯曲强度提升17.75%。制备出低烧结收缩的高性能、高精度氧化铝陶瓷构件，密度和硬度分别为99.7%和18.61GPa。
图解:氧化铝浆料的粘度和固化深度以及不同石墨烯含量绿色胚体的弯曲强度： (a) 粘度、(b) 固化深度和 (c) 弯曲强度（曝光能量密度：5 mW/cm2，曝光时间：10 秒）。
Quanchao G U, Sun L, **aoyu J I, et al. High-performance and high-precision Al2O3 architectures enabled by high-solid-loading, graphene-containing slurries for top-down DLP 3D printing[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2023, 43(1): 130-142.
6. Cellular cement composites against projectile impact
蜂窝状水泥复合结构的抗弹丸冲击研究
自然界中广泛存在的生物防护结构为抗冲击材料和结构设计提供了丰富的思路。本文设计了一种仿生蜂窝状结构，通过边界阻抗匹配来抑制弹丸冲击导致的砂浆径向断裂损伤，同时利用其相邻块体作为相互约束机制来提高抗侵彻能力。在六个等六边形胞元块体拼接的复合靶板上开展抗冲击性能实验，靶板由六边形的刚性夹具夹持。实验采用7.77g、直径8mm、AISI4140 高强度钢弹以450m/s的速度冲击靶板，对比同尺寸的整浇水泥试件，研究了3种块体尺寸（50 mm、70 mm、90 mm）和2种类型的界面材料（空气和硅胶）。研究发现，拼接胞元设计可有效降低弹体造成的径向损伤，最大降低26 %，侵彻深度略有增加，最大增加12 %。此外，以硅胶为界面材料的试样在所有尺寸中均降低了33 %的近端弹坑损伤，最大增加10 %的侵彻深度。采用LS-Dyna构建了冲击仿真模型，并结合实验结果对模型进行验证，仿真发现拼接胞元设计改变了冲击波的相互作用形式。侵彻深度和弹坑直径误差分别在实验结果的10 %和20 %以内。蜂窝状水泥复合结构适用于低抗冲击性能需求和抑制大面积径向损坏的工程中。
图解：(a) 高速冲击实验； (b)靶板原位损伤图；(c)侵彻深度均值和标准化侵彻深度； (d) 仿真结果：冲击损伤。
Ong C W R, Zhang M H, Du H, et al. Cellular cement composites against projectile impact[J]. International Journal of Impact Engineering, 2015, 86: 13-26.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2015.06.020
7. Compression after impact (CAI) failure mechanisms and damage evolution in large composite laminates: high-fidelity simulation and experimental study
大型复合材料层合板冲击后压缩（CAI）的失效机制和损伤演化：高保真度仿真和试验研究
翻译人：赵子龙 校核人：韩泽华
本文创建并验证了一个高保真度的有限元模型，用于预测纤维增强复合材料层合板在受冲击后的损伤演变和剩余强度，在其受到勉强目视可检损伤（BVID）和目视可检损伤（CVID）后进行了冲击和压缩后冲击（CAI）测试。采用ASTM D7137标准的100毫米×150毫米的CAI样品不足以覆盖模型验证所需的试验研究范围，因此采用了254毫米×304.8毫米的更大尺寸层压板，并在两种CAI测试条件下进行研究：一种是ASTM标准样品的放大版本，另一种是增加了额外的抗屈曲支撑板以减少未支撑区域至127毫米×177.8毫米。该模型通过内聚区建模技术捕获了层间和层内损伤模式，包括纤维断裂、劈裂、扭结、拔出、挤压以及基体开裂、分层及其相互作用。本文采用 LaRC05失效准则，模拟了纤维损伤演化，使用高效的搜索算法确定了基体断裂平面和纤维扭结带角度。本研究验证了高保真度建模方法在准确预测典型飞机冲击损伤情景下的冲击损伤和CAI强度方面的有效性，并对复杂CAI失效机制和与各种损伤模式相关的能量释放进行分析，强调了整体屈曲对复合材料层压板的失效行为和压缩强度的影响。此外，研究表明，文中提出的带支撑板的夹具适用于测试更广泛的冲击情景，不会出现整体屈曲。
图解:在30J和75J能量冲击下铺层层合板的冲击响应和损伤区域
图解:在30J和75J能量冲击后的层合板在CAI失效过程中的损伤演化
Peyman Shabani, Lucy Li, Jeremy Laliberte, Gang Qi, Compression after impact (CAI) failure mechanisms and damage evolution in large composite laminates: High-fidelity simulation and experimental study, Composite Structures, 2024, 118143, ISSN 0263-8223
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2024.118143.
