DOI:10.11858/gywlxb.20220666UHMWPE的应变率效应及其对超高速碰撞特性的影响石景富1，于东2，徐铧东1，刘蕾1，苗常青1（1.哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术国家级重点实验室,黑龙江哈尔滨150001；2.哈尔滨工业大学机电学院机械设计系,黑龙江哈尔滨150001）摘要：为分析超高分子量聚乙烯（ultra-highmolecularweightpolyethylene,UHMWPE）的应变率效应及其对超高速碰撞特性的影响规律，采用万能材料试验机和分离式霍普金森拉杆对UHMWPE纤维束进行静、动态拉伸实验，获得了不同应变率下材料的应力-应变关系，并进一步开展了UHMWPE纤维织物的超高速碰撞数值模拟。结果表明，UHMWPE的拉伸模量和强度均随应变率的升高而逐渐增大。随着材料应变率敏感系数的增大，防护结构对弹丸动能的吸收率呈现先减小后增大的趋势。关键词：超高分子量聚乙烯；应变率；动态拉伸；超高速碰撞中图分类号：O347.3;O414.19文献标识码：A超高分子量聚乙烯（ultra-highmolecularweightpolyethylene,UHMWPE）是一种具有线性分子结构的高性能聚合物材料，具有轻质、高强度、高模量、化学性能稳定、抗冲击性能优异等优点，在军事、航天、建筑等领域应用较为广泛[1–2]。近年来，UHMWPE纤维织物作为军事弹体、航天器空间碎片等的防护结构材料受到研究人员的关注[3–5]。研究结果表明，在弹体、空间碎片等高速碰撞防护结构中，碰撞区域在极短时间内受到极高的冲击力作用，碰撞区域材料处于高应变率拉伸状态[6–10]。材料力学性能实验研究[11–12]发现，应变率对材料的力学性能具有显著的影响。为研究高性能纤维材料在不同应变率下的力学性能，王庭辉等[13]通过多种高强度纤维束的动态拉伸实验，发现不同纤维束的动态抗拉强度均高于静态抗拉强度，但不同材料的应变率效应存在差异，Kevlar纤维束的应变率敏感性最低，而UHMWPE纤维束的应变率敏感性最高，Yang等[14]在高应变率动态拉伸实验中也发现了类似的结果。Chen等[15]对UHMWPE纤维层合板进行了动态拉伸测试，应变率范围为0.0013～163.78s−1，通过分析失效机理和失效模式，发现UHMWPE纤维层合板的拉伸强度及模量随应变率的升高而增加。因此，UHMWPE是一种典型的应变率敏感材料，研究UHMWPE在不同应变率下的拉伸力学性能，分析UHMWPE的动态拉伸力学性能演化规律，以及应变率效应对超高速碰撞特性的影响，可为防护结构选材和优化设计提供一定参考。UHMWPE纤维织物与弹体、空间碎片等的碰撞过程是一种典型的超高速碰撞。材料在...
