防刺服作為特種防護用品，采用特殊材料制作并需經(jīng)過嚴苛測試。防刺服主要依靠剪切原理，能量分散范圍窄，與防彈衣作用機理有差異，專用防刺服需達到標準規(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動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)，搭配防刺沖擊試驗機進行測試，可精確評估防刺材料及防刺服在動態(tài)沖擊條件下的防刺性能，為防刺服的設(shè)計研發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐及物理驗證方法。
防刺材料及結(jié)構(gòu)測試需求
防刺織物的纖維原料具有高強度、高模量、耐沖擊、高吸能等特性。目前，國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、聚對苯撐苯并唑(PBO)纖維。
根據(jù)不同的防護要求，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，其在人體防護裝甲材料應(yīng)用中越來越受到重視。
高強絲平紋防刺織物結(jié)構(gòu)
防刺性能測試方法
防刺性能測試已進入標準化階段，以英國HOSDB標準和美國NIJ0115.00防刺標準為代表，對防刺服的測試設(shè)備、測試刀具、背襯材料等做了明確規(guī)定。測試裝備包括試驗刀具、刀具握持器和刀具下落用的導(dǎo)軌裝置。沖擊實驗的刀具有防刺PIB和防錐穿SPB刀具，進行嚴苛的防刺實驗。
為研究開發(fā)出國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進的柔性防刺服產(chǎn)品，本次測試試驗在GA68—2003標準的基礎(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測試標準，測試采用準靜態(tài)防刺試驗儀，搭配準靜態(tài)防刺性能記錄儀，用于記錄準靜態(tài)試驗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試樣的動能變化，確保正確評價材料的防刺性能，分析與研究防刺機理。
有限元模擬
防刺機理基于防刺基本力學(xué)機理，涉及動力學(xué)理論。穿刺刀入刺靶板（多層織物）是一個動力學(xué)過程，可采用有限元程序進行非線性動力學(xué)計算。
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，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，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)用于防刺測試
仿真模擬準確性在某種程度上并不可靠，需進行物理測試驗證。新拓三維數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC），可測試動態(tài)沖擊下的應(yīng)力應(yīng)變，分析過程快、獲取數(shù)據(jù)詳細，已逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的應(yīng)變片等測試方法。
測試采用XTDIC-STROBE三維動態(tài)變測量系統(tǒng)，利用高速攝像機進行圖像采集，XTDIC軟件進行分析，測量防刺衣料在刀尖瞬時刺穿載荷下的全場位移及應(yīng)變。
將兩臺高速攝影機架設(shè)在橫梁上，試驗臺發(fā)出指令的同時刀具落下瞬間擊穿布料，根據(jù)采樣定理，高速攝影機同步按照1秒2000幀的速率進行采集，高速攝影相機分辨率為1280pixel*886pixel。
根據(jù)高速相機采集的圖像，結(jié)合XTDIC軟件進行數(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，同時能夠和有限元模擬結(jié)果進行比對，在一定程度上對仿真結(jié)果起到了驗證作用。
隨著國際反恐、公共安全領(lǐng)域?qū)Ψ来谭愋枨笤鲩L，環(huán)保防刺等技術(shù)性能要求提升，未來對高性能且輕質(zhì)的高端防刺服的需求將逐漸擴大。
XTDIC-STROBE三維動態(tài)變測量系統(tǒng)，可高效、精確地測量防刺服在動態(tài)沖擊下表面瞬時應(yīng)變場和位移場，可實現(xiàn)防刺織物在被穿刺瞬間表面變形程度的分析，可驗證有限元結(jié)果的準確性，有助于高性能軟質(zhì)防刺材料和防刺服的設(shè)計研發(fā)。