防刺服作為特種防護(hù)用品，采用特殊材料制作并需經(jīng)過嚴(yán)苛測(cè)試。防刺服主要依靠剪切原理，能量分散范圍窄，與防彈衣作用機(jī)理有差異，專用防刺服需達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,防彈與防刺效果兼?zhèn)涞漠a(chǎn)品備受關(guān)注。

　　新拓三維XTDIC-STROBE動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，搭配防刺沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，可精確評(píng)估防刺材料及防刺服在動(dòng)態(tài)沖擊條件下的防刺性能，為防刺服的設(shè)計(jì)研發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐及物理驗(yàn)證方法。

　　防刺材料及結(jié)構(gòu)測(cè)試需求

　　防刺織物的纖維原料具有高強(qiáng)度、高模量、耐沖擊、高吸能等特性。目前，國(guó)際上較為流行的原料主要包括芳綸、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維、聚對(duì)苯撐苯并唑(PBO)纖維。

　　根據(jù)不同的防護(hù)要求，選擇不同結(jié)構(gòu)的防刺織物形式。針織結(jié)構(gòu)由于良好的成型性、極好的能量吸收性和抗沖擊疲勞性能，其在人體防護(hù)裝甲材料應(yīng)用中越來越受到重視。

　　高強(qiáng)絲平紋防刺織物結(jié)構(gòu)

　　防刺性能測(cè)試方法

　　防刺性能測(cè)試已進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化階段，以英國(guó)HOSDB標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)NIJ0115.00防刺標(biāo)準(zhǔn)為代表，對(duì)防刺服的測(cè)試設(shè)備、測(cè)試刀具、背襯材料等做了明確規(guī)定。測(cè)試裝備包括試驗(yàn)刀具、刀具握持器和刀具下落用的導(dǎo)軌裝置。沖擊實(shí)驗(yàn)的刀具有防刺PIB和防錐穿SPB刀具，進(jìn)行嚴(yán)苛的防刺實(shí)驗(yàn)。

　　為研究開發(fā)出國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)的柔性防刺服產(chǎn)品，本次測(cè)試試驗(yàn)在GA68—2003標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，采用開刃刀具，其硬度大于或等于HRC40。

　　硬度≥HRC的40開刃刀具

　　依據(jù)GA68—2003測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試采用準(zhǔn)靜態(tài)防刺試驗(yàn)儀，搭配準(zhǔn)靜態(tài)防刺性能記錄儀，用于記錄準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)中刀具的位移與受力的關(guān)系曲線，從而導(dǎo)出刀具穿刺防刺層時(shí)試樣的動(dòng)能變化，確保正確評(píng)價(jià)材料的防刺性能，分析與研究防刺機(jī)理。

　　有限元模擬

　　防刺機(jī)理基于防刺基本力學(xué)機(jī)理，涉及動(dòng)力學(xué)理論。穿刺刀入刺靶板（多層織物）是一個(gè)動(dòng)力學(xué)過程，可采用有限元程序進(jìn)行非線性動(dòng)力學(xué)計(jì)算。

　　刀座為剛體材料，穿刺刀由于考慮磨損變形，不宜用剛體模擬，因此織物和穿刺刀均采用帶失效的材料模擬，并遵從最大應(yīng)變理論。通過織物和穿刺刀實(shí)體元的失效即可模擬多層織物破壞的全過程。

　　有限元模擬各類織物在不同穿刺力作用下的破壞全過程。有限元分析顯示，當(dāng)?shù)毒叩拇┐塘ψ饔迷诜来谭砻鏁r(shí)，由于織物表面彎曲，穿刺力分解為垂直于織物表面的法向力(剪切力)和平行于織物表面的切向力(拉伸力)。防刺層破壞時(shí)，纖維兼有剪切斷裂和拉伸斷裂，防刺服抗剪切和抗拉伸力學(xué)性能是關(guān)鍵，其中抗剪切性能占主導(dǎo)地位。

　　DIC數(shù)字散斑技術(shù)用于防刺測(cè)試

　　仿真模擬準(zhǔn)確性在某種程度上并不可靠，需進(jìn)行物理測(cè)試驗(yàn)證。新拓三維數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC），可測(cè)試動(dòng)態(tài)沖擊下的應(yīng)力應(yīng)變，分析過程快、獲取數(shù)據(jù)詳細(xì)，已逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的應(yīng)變片等測(cè)試方法。

　　測(cè)試采用XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)變測(cè)量系統(tǒng)，利用高速攝像機(jī)進(jìn)行圖像采集，XTDIC軟件進(jìn)行分析，測(cè)量防刺衣料在刀尖瞬時(shí)刺穿載荷下的全場(chǎng)位移及應(yīng)變。

　　將兩臺(tái)高速攝影機(jī)架設(shè)在橫梁上，試驗(yàn)臺(tái)發(fā)出指令的同時(shí)刀具落下瞬間擊穿布料，根據(jù)采樣定理，高速攝影機(jī)同步按照1秒2000幀的速率進(jìn)行采集，高速攝影相機(jī)分辨率為1280pixel*886pixel。

　　根據(jù)高速相機(jī)采集的圖像，結(jié)合XTDIC軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以得出防刺織物在被刺穿瞬間的表面位移變化，為防刺織物力學(xué)性能分析提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)能夠和有限元模擬結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，在一定程度上對(duì)仿真結(jié)果起到了驗(yàn)證作用。

　　隨著國(guó)際反恐、公共安全領(lǐng)域?qū)Ψ来谭愋枨笤鲩L(zhǎng)，環(huán)保防刺等技術(shù)性能要求提升，未來對(duì)高性能且輕質(zhì)的高端防刺服的需求將逐漸擴(kuò)大。

　　XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)變測(cè)量系統(tǒng)，可高效、精確地測(cè)量防刺服在動(dòng)態(tài)沖擊下表面瞬時(shí)應(yīng)變場(chǎng)和位移場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)防刺織物在被穿刺瞬間表面變形程度的分析，可驗(yàn)證有限元結(jié)果的準(zhǔn)確性，有助于高性能軟質(zhì)防刺材料和防刺服的設(shè)計(jì)研發(fā)。