臺灣博碩士論文加值系統

現今科技及武器發展迅速，抗彈性能效益逐漸要求提升，在抗彈材料的選擇上，大部分仍以金屬材料為主，然而高強力纖維材料具備了高比強度及比模量、抗疲勞性佳等力學性能的優點，其對子彈、破片之抵抗能力極為出色，使用者可針對不同的材料特性需求選用。因此，本研究利用碳纖維複合材料以熱壓方式分別製成疊層板並檢測評估其抗彈性能，區分成兩部分探討如后：
1.碳纖維複合疊層板製作及彈道試驗檢測：
研究規劃以碳纖維材料，以相同面密度、不同疊層角度及排列順序，再以熱壓方式分別製成疊層板。同時以高壓氣槍設備進行彈道試驗，在不同投射體以不同速度射擊的條件下，探討碳纖維疊層板在不同疊層角度及排列順序的改變狀況下，受投射體撞擊之抗衝擊性能的影響。
2.衝擊破壞模式分析及數值模擬：
運用LS-DYNA數值模擬軟體，建立碳纖維疊層板受投射體撞擊的動態模擬分析模型，了解受衝擊破壞模式及產生凹陷深度的過程，同時探討疊層板受不同速度投射體撞擊之能量吸收機制及應力傳遞與分佈，並與實驗結果作相互驗證，以獲得抗彈性能與所設定參數間之關係，提供爾後設計及製作上之參考。
研究結果顯示，纖維織物的疊層角度排列決定其抗彈性能，且投射體的硬度差異，亦影響織物的抗彈性能。

Because the rapid development of modern science, technology and weapons, anti-ballistic energy efficiency gradually demands for improvement in bullet-proof material of choice. Although most choice are still metal based materials, however, high-strength fiber material with a high specific strength and specific modulus, fatigue resistance advantage of good mechanical properties, excellent resistance to bullets, fragments are now widely used and user have a variety of choice. Therefore, in this study, carbon fiber laminated boards, made by hot pressing, were used to assess their resistance to impact energy of different projectiles. This research was divided into two parts as below:
1. Carbon fiber composite laminates production and ballistic testing detection:
Carbon fiber laminated boards were made under the same areal density, different laminated angle and order. The effect of parameters on impact resistance capability was examined by using air gun to test different projectiles at varied muzzle velocities under the condition of carbon fiber laminate plate in different arraying angle and change in order.
2. The shock failure mode analysis and numerical simulation:
By using LS-DYNA simulation software, a carbon fiber laminate hitting by projectiles dynamic simulation model was created. The failure modes under impact and depth of depression process, as well as the impact energy absorption mechanism of laminate experiencing different projectile with varied velocities, and the stress transmission and distribution was investigated. Results from simulation were verified by those from experimental, to obtain the ballistic performance with setting parameters, providing later as reference on design and production.
The results showed that the fabric ballistic performance and energy absorption was affected by laminated angle, and the difference in the hardness of the projectile.

誌謝 ii
摘要 iii
ABSTRACT iv
目錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
符號說明 x
1. 研究背景 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究目的及流程 7
1.3.1 研究目的 7
1.3.2 研究流程 7
2. 實驗步驟 9
2.1 實驗規劃 9
2.2 實驗流程 9
2.2.1 高壓氣槍撞擊實驗 9
2.2.2 凹陷深度 10
2.3 實驗設備 12
2.4 實驗材料整備 17
2.4.1 投射體 17
2.4.2 碳纖維疊層板 18
2.5 實驗過程及注意事項 19
2.6 槍擊試驗結果 20
3. ANSYS/LS-DYNA 數值模擬分析 24
3.1 ANSYS-LS-DYNA 3D軟體簡介 24
3.2 數值模擬選用計算條件與種類 27
3.3 數值模擬模型建立 27
3.4 材料參數 29
3.4.1 投射體材料參數 29
3.4.2 靶板材料參數 30
3.4.3 接觸模式 32
3.4.4 侵蝕準則 32
3.4.5 邊界條件 33
4. 結果與討論 34
4.1 量測油泥吸能實驗結果 34
4.2 固定投射體對不同角度排列疊層靶板撞擊的吸收能量分析 38
4.2.1 碳鋼珠對各疊層靶板撞擊能量吸收分析 39
4.2.2 不鏽鋼珠對各疊層靶板撞擊能量吸收分析 41
4.2.3 銅珠對各疊層靶板撞擊能量吸收分析 43
4.3 固定角度排列疊層靶板以不同投射體撞擊的吸收能量分析 45
4.4 碳纖維疊層板應用數值模擬分析 52
4.4.1數值模型驗證 54
4.4.2 V50測試準則 57
5. 結論與建議 62
5.1 研究結論 62
5.2 後續研究方向與建議 62
參考文獻 64
自傳 67

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