螺旋拉胀纱线动态拉伸行为的数值模拟

戴金滔，王文强

（中国工程物理研究院流体物理研究所，四川 绵阳 621999）

泊松比是材料的基本力学特性参数之一，大多数材料的泊松比为正值。也有一些天然和人工设计的特殊材料的泊松比为负值，这类材料被统称为负泊松比材料，或者被形象地称为拉胀材料（意指纵向拉伸横向膨胀）。拉胀材料和结构由于具有奇特的拉胀特性以及由此带来的其他优异性能，近30 年来获得了广泛的关注[1-4]，在爆炸与冲击防护中也有重要的应用价值[5-11]。

螺旋拉胀复合纱线是一种典型的拉胀材料，由高模量纱线螺旋式缠绕低模量纱线组成。在准静态轴向拉伸作用下，原本蜷曲的包缠纱被逐渐拉直，直线的芯纱受到挤压变形为螺旋状，整体结构沿横向膨胀。

自2003 年Hook[12]发明螺旋拉胀纱线以来，国内外已开展的研究主要针对准静态载荷下如何优化材料和几何参数以充分增强纱线的拉胀效果[13-18]，动态响应方面的研究极少。英国一家公司开展了螺旋拉胀纱线织物的枪击和爆炸实验研究[19-20]，证明了其具有优异的抗弹抗爆性能；Zhang 等[21]用落锤实验研究了单根螺旋拉胀纱线在纵向冲击拉伸下的最大受力和能量吸收。总的来看，对螺旋拉胀纱线动态响应特性的认识还很粗浅。

为揭示螺旋拉胀纱线的抗冲击机理，本研究基于有限元模拟，首次开展螺旋拉胀纱线在纵向冲击作用下的应力波传播特性和动力学行为研究。

1 计算模型和准静态拉伸模拟结果

采用商业有限元软件ABAQUS 构建螺旋拉胀纱线的计算模型，并开展数值模拟研究。……