强化驻留效应的陶瓷复合装甲抗弹性能

轻强化是防护装甲永恒的追求,通过结构创新设计是实现装甲轻强化的重要手段。本文基于陶瓷驻留效应防护机制,对填充陶瓷进行结构设计从而达到强化驻留效应的目的,有效提高了防护装甲的轻强化,并且探索了结构参数对新型防护装甲防护性能的影响规律。结果表明:新型复合装甲的抗弹机制呈现出驻留效应和厚度效应的顺序耦合;当锥角为60°时,新型防护装甲的驻留效应最大,且随着锥角层高度的增大,驻留效应进一步增大;与传统的陶瓷复合装甲相比,在动能耗散率和弹体剩余速度相当的前提下,新型防护装甲的质量降低了16.7%。

结构间隙对复合靶板抗弹性能的影响

为研究结构间隙对复合靶板抗弹性能的影响,探究弹体与靶板的响应规律,利用有限元软件对4种不同间隙结构的复合靶板在不同弹速冲击下的毁伤变形状态进行仿真分析,得到弹体的剩余速度和靶板各组成部分吸能占比的变化规律。结果表明:结构间隙会影响复合靶板的抗弹性能,在弹体速度相同的情况下,有结构间隙靶板的弹体剩余速度更小;在不同速度段,结构间隙布置在不同位置时发挥的作用是不同的;抗弹芯层在弹体侵彻过程中是吸收弹体动能的主要部分,吸能占比约为58%;靶板间结构间隙能提升靶板的抗弹性能。

复合装甲防护材料对其抗弹性能影响研究

目的复合装甲防护材料是影响其抗弹效应的重要影响因素,合理应用防护材料可在质量、尺寸等约束条件限制下,大幅度提高复合装甲的抗弹能力。方法针对装甲车辆不同角度的防护需求,通过建立不同防护材料组成的复合装甲仿真模型,研究其在不同角度下抗弹性能,并通过靶试试验验证模型的有效性。结果在100 mm、防54式12.7 mm穿甲燃烧弹,陶瓷复合装甲抗弹性能随着入射角的增大先高于钛合金复合装甲,后逐渐下降,当入射角达到45°时,陶瓷复合板的抗弹性能接近于钛合金复合板,随着角度的继续增大,钛合金复合板的抗弹性能逐渐优于陶瓷复合板。结论通过在100 m射距、48°法线角下的陶瓷及钛合金防护复合装甲靶试试验,验证所建立仿真模型的有效性,进而后续复合装甲抗弹性能设计研究,可基于仿真模型确立最优包装材料及其结构,减少靶试试验,提高设计效率及增加经济效应。

高温环境下碳纤维层合板的抗弹性能分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板的轻质防护结构设计需要考虑其在极端环境下的抗冲击性能,尤其是高温环境特征。方法采用实验和数值模拟相结合的方式开展了CFRP层合板在高温下的抗弹性能和损伤机制分析。结果结果发现,在25(常温)、75和125℃下,2mm厚度的CFRP层合板的弹道极限分别是191、176和189 m/s。由此可知,CFRP层合板的弹道极限随着温度的升高呈先降后升趋势。随着冲击能量的增加,层合板能量吸收呈线性增加。在冲击能量较低时,CFRP层合板能量吸收随温度升高而增大;随着冲击能量的增加,温度对能量吸收的影响逐渐减小。在球弹的高速撞击下,层合板正面出现凹陷,背面出现凸起,损伤模式主要为纤维断裂、基体压溃和纤维分层等。其中,相比常温环境,高温下层合板的背面凸起显著减小,但侵彻通道附近的分层损伤会加重,产生的纤维碎屑会减少。对比层合板的分层失效特征,发现环境温度为75℃时损伤最严重。结论研究结果可为CFRP层合板在航空航天、民用等轻型装甲防护结构中的设计和应用提供依据和参考。

弹头形状对聚碳酸酯薄板抗弹性能的影响

为研究弹头形状对聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)板抗杆弹冲击性能的影响,利用气炮开展了平头、半球头、卵形头三种形状、12.6 mm直径的杆弹正撞击PC薄板的冲击试验,获得了初始-剩余速度关系及弹道极限,并对PC板变形及失效模式进行了详细分析。结果表明,在30~120 m/s速度范围内,PC薄板抗半球头弹能力最强,其次是平头弹,而对卵形弹抵抗能力最弱。三种弹体撞击后,PC板失效模式不同,被平头弹撞击后发生平台鼓包和冲塞失效,被半球形弹撞击后发生帽形鼓包和花瓣形失效,被卵形弹撞击后均发生花瓣形失效。分析发现,PC薄板裂纹扩展消耗的能量较少,造成对不同头形杆弹抗弹性能差别较大的主要因素是初始损伤形成的难易程度不同。

残余应力对装甲钢板抗弹性能影响的有限元模拟

建立了普通钢芯子弹射击4.6 mm厚装甲钢靶板有限元模型,将试验测得的沿板厚方向分布的残余应力赋值于有限元模型,研究了靶板初始残余应力对其抗弹性能的影响,并用试验结果对模拟结果进行了验证。结果表明:有初始残余应力靶板背凸高度和弹坑深度的模拟结果与试验结果相符,相对误差分别仅为2.0%和4.8%,证明模型准确;与无初始残余应力靶板相比,施加初始残余压应力后靶板的背凸高度和弹坑深度均减小,说明其抗弹性能提高;随着施加残余压应力的增大,靶板抗弹性能呈现出略微提升的趋势,但提升幅度很小。

MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷力学性能及尖晶石基装甲抗弹性能研究进展

当前,随着对防护材料的要求越来越高,传统以防弹玻璃为主的透明装甲已难以满足使用要求,更轻更薄的陶瓷基透明装甲正在逐渐成为主流选择。MgAl_(2)O_(4)作为一种性能优异的透明陶瓷材料,具有较高的机械强度、优异的耐蚀性和耐磨性、良好的抗热震性能和抗热冲击性能。首先,介绍了近年来国内外MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷的制备技术进展,在MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷制备过程中,通常选用热压烧结结合热等静压后处理技术,粉体原料尺寸应控制在适合的范围内,添加LiF使其微观结构的均匀性更好。其次,介绍了MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷微观结构和力学性能之间的联系,微观结构直接影响透明陶瓷所有力学性能,进而影响其抗弹性能;硬度随晶粒尺寸的减小而提高,致密度越高,硬度也越高;弹性模量与相对密度直接相关,与晶粒尺寸无明显关系。微观结构越均匀其断裂韧性越高。最后,解释了力学性能与装甲抗弹性能的相关性,硬度和断裂韧性之间存在反比关系,建议装甲陶瓷硬度大于弹丸硬度,断裂韧性尽可能大。断裂模式与陶瓷吸收的能量有关,穿晶断裂优于沿晶断裂。弹性模量增加了弹丸与陶瓷表面的相互作用时间,可使陶瓷吸收更多能量。高弯曲强度有助于陶瓷承受多重弹丸冲击。因此,需要将多种性能组合起来才能实现装甲陶瓷抗弹性能的最大化。

Kevlar层合材料抗弹性能研究

以Kevlar纤维增强层合材料为对象,通过系列弹道冲击实验,研究了层合板的抗弹性能,着重分析了弹头、纤维铺设方式以及板厚等因素对靶板抗侵彻能力的影响,同时对靶板的破坏模式也作了必要的讨论。此外,还通过一种工程近似方法,分析了不同弹头弹丸的弹道极限速度,预测值与实验值具有良好的一致性。

不同背板对陶瓷复合装甲抗弹性能影响的研究

用12.7mm穿燃弹对几种不同背板的陶瓷复合装甲进行了实弹射击试验,以研究复合装甲中陶瓷与背板组成的界面对其抗枪弹性能的影响。试验中在有效弹速下,以弹丸在后效板上的垂直残余穿深来作为衡量陶瓷复合装甲抗弹性能的指标。陶瓷复合装甲由Al2O3陶瓷层和不同密度的均质材料组成。根据试验结果及对其的分析讨论,看出随着背板材料声阻抗的提高,界面阻止弹丸侵彻的能力也是降低的。

船用轻型陶瓷复合装甲抗弹性能实验研究

为探讨舰艇抵御高速破片弹遭侵彻的装甲防护结构,设计船用钢装甲和3种陶瓷复合装甲结构,并采用弹道冲击实验,研究其在高速破片冲击下的抗弹性能。结果表明:高速破片穿透普通舰艇结构后仍具有较强杀伤威力,必须为舰艇设置专门防护装甲抵御高速破片的冲击;高速破片冲击下,船用钢装甲的破坏模式为延性扩孔和剪切冲塞的组合形式;增加陶瓷面板后,钢背板的冲击响应类似于低速卵形弹冲击下的薄板穿甲,变形范围和变形程度大大增加,其变形失效模式有蝶形变形和花瓣开裂型穿甲,此外陶瓷对弹体的侵蚀、钝化及碎裂能大大降低弹体的侵彻能力,碎裂陶瓷锥的运动还将吸收部分弹体动能,降低弹体剩余速度,并和剩余弹体共同冲击背板;陶瓷复合装甲的单位面密度吸能量较船用钢提高35%以上,其结构质量较船用钢装甲轻25%以上。

玄武岩纤维增强乙烯基酯树脂的抗弹性能研究

以连续玄武岩纤维为增强剂,乙烯基酯树脂为基体,制备了新型纤维增强树脂基复合材料。通过分析该复合材料的抗弹性能与其结构设计因素的关系,确定了该复合材料中的纤维织物形式、织物面密度、纤维直径和纤维含量等结构参数;并对该复合材料的抗弹机理进行了初步的分析讨论。

硬度对装甲钢板抗弹性能的影响

借助用 5 3式 7.6 2 mm WO- 10 9C穿甲燃烧弹垂直撞击 10 mm厚、硬度为 HRC44～ 5 6的Cr- Ni- Mo装甲钢板的穿甲试验研究了高硬度及超高硬度状态下硬度对装甲钢板抗弹性能的影响。观察分析弹坑形貌发现 ,装甲钢板材料力学性能的改变导致了穿甲机理的变化。一方面 ,硬度升高 ,增加弹丸开坑所消耗的能量 ,提高弹丸消耗的塑性扩孔功 ,且当硬度超过一定值时 ,弹丸可能发生破碎 ,从而有利于抗弹性能的提高。另一方面 ,硬度升高 ,导致绝热剪切临界失稳应变降低 ,易诱发冲塞破坏 ,而且塑性与韧性降低 ,可能导致背面盘状崩落破坏 ,从而使抗弹性能下降。在本试验弹靶体系下 ,上述两方面相反作用的结果导致装甲钢板背面强度极限基本上不随硬度变化而改变。

陶瓷/玻璃纤维/钢板复合靶板抗弹性能的研究

本文根据陶瓷复合装甲的结构特点和材料的抗弹特性 ,对于速度范围在 1 0 0 0～ 2 2 0 0m /s的杆式弹 ,利用能量守恒原理建立了其垂直侵彻限厚陶瓷 /玻璃纤维 /钢板复合靶板的工程分析模型 ,给出了此类层合板弹道性能V50 的预测公式 ,并且用小口径的缩比模拟弹进行了试验验证 ,其结果一致性较好。

金属桁架增强陶瓷复合装甲抗弹性能研究

为了提高传统层叠金属陶瓷复合装甲的抗弹能力,提出一种由金属桁架结构、陶瓷、环氧树脂胶结剂、金属面板、背板所组成的新型复合装甲结构。应用LS-DYNA软件分析了该型复合靶板在不同位置受钢质弹丸侵彻时的抗弹性能,并与相同厚度的传统层叠金属陶瓷复合靶板对比分析。结果表明:金属桁架结构具有良好的吸收冲击能量的特性,环氧树脂配合金属桁架结构对陶瓷棒有支撑约束与结构限制的作用,大幅度提高了该型复合装甲的抗弹性能。

钢/Al_2O_3陶瓷/钢轻型复合装甲板抗弹性能

为优化设计钢/Al2O3陶瓷/钢轻型复合装甲板,结合薄板冲塞的极限速度方程与Florence模型建立了钢/Al2O3陶瓷/钢轻型复合装甲板的抗弹极限速度预测模型.根据模型,分析了不同面板、背板及陶瓷厚度组合对钢/Al2O3陶瓷/钢轻型复合装甲板抗弹极限速度的影响,并通过7.62mm普通钢芯弹侵彻钢/Al2O3陶瓷/钢复合装甲板试样实验验证了该模型的正确性.结果表明,钢面板厚度小于1.0mm时,复合板抗弹极限速度计算值和实验值之间的相对误差在15%以下,陶瓷芯与钢背板的厚度比保持在1.5～4.5之间比较合理.

连续玄武岩纤维增强复合材料的抗弹性能研究

通过研究环氧树脂/连续玄武岩纤维(CBF)、乙烯基酯树脂/CBF、聚氨酯树脂/CBF、酚醛树脂/CBF体系的抗弹性能,发现CBF增强乙烯基酯复合材料的抗弹性能较好。考察了CBF增强乙烯基酯树脂复合材料厚度、靶板法线角对抗弹性能的影响,并对CBF增强复合材料的抗弹机理进行了分析。

玻璃纤维层合靶板抗弹性能的研究

该文根据复合材料的本构关系和失效准则 ,利用能量守恒关系建立了弹丸垂直侵彻有限厚度玻璃纤维层合板分析模型 ,给出了正交各向异性纤维层合材料弹道性能v5 0 的预测公式 ,并通过试验加以验证 。

大倾角陶瓷复合装甲抗弹性能研究

为了提高装甲车辆的防护和机动能力,减轻其自重,采用25mm弹道炮和底推式105mm穿甲模拟弹进行试验,研究大倾角陶瓷复合装甲结构单元中陶瓷的厚度、倾角、约束条件等因素对抗穿甲性能的影响规律。运用DOP法评估陶瓷复合装甲的抗弹性能。研究结果表明:在大倾角情况下,陶瓷复合装甲的防护系数同样随着厚度的增加而降低;陶瓷复合装甲外置时的抗弹性能比内置时高,内置使用时选择合适的厚度也能获得很好的抗弹性能。

约束机制对陶瓷复合靶抗弹性能的影响

为研究三维约束对陶瓷复合靶抗弹丸侵彻性能的影响,设计几种约束状态下的陶瓷复合靶板结构进行模拟研究。利用LS-DYNA对约束状态下靶体的抗弹性能进行数值分析,得到靶体破坏与弹丸侵蚀特征以及弹靶侵彻过程中的速度、加速度和内能变化曲线。计算结果表明:不同材质的背板约束机制不同,纤维板做背板能够发挥较好的支撑作用;陶瓷面板侧向约束复合靶抗弹丸侵彻能力大大优于非侧向约束陶瓷;纤维板做盖板陶瓷复合靶板有较优的抗弹性能。

超高分子量聚乙烯材料软质防弹衣抗弹性能老化衰减规律研究

超高分子量聚乙烯材料目前被广泛用于软质防弹衣,但其老化过程中抗弹性能的衰减规律还不完全清楚,尚未建立定量预测公式。为分析实际使用环境和贮存条件对该类材料软质防弹衣抗弹性能的影响,通过对防弹衣材料进行不同时间的高温、高湿热及氙弧灯光照射等人工加速老化试验,进行弹道极限测试,得到各条件下的弹道极限速度数值,获得不同人工加速老化因素对防弹衣抗弹性能的影响规律。研究发现:高温、高湿热及氙弧灯光照射3种人工加速老化因素对防弹衣防弹性能影响可通过线性回归方程进行较为准确的预测,采用回归分析的方式获得高温、高湿热及氙弧灯光照射3种老化过程中进口和国产两种材料的弹道极限速度衰减经验公式,该公式可以用于估计与判断超高分子量聚乙烯材料软质防弹衣长期贮存情况下是否可以使用。