三层组合陶瓷复合装甲的抗侵彻性能及其损伤机制

为了研究相同面密度下Kevlar/SiC-TC4-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合靶板的复合结构参数对其抗弹性能的影响和失效机理,选用4组不同厚度组合的靶板试样,并使用12.7 mm穿燃弹以相同着靶速度(488 m/s)进行弹道冲击实验。使用扫描电子显微镜(SEM)研究复合装甲板在弹道侵彻下的损伤模式。实验结果表明:在所述实验条件下8 mm+2 mm+10 mm厚度组合的Kevlar/SiC-TC4-UHMWPE复合靶板是最佳的抗侵彻工程应用结构;在同等面密度条件下,将1 mm厚陶瓷替换成同等面密度的TC4钛合金背板(约0.5 mm厚)时,复合装甲板的抗弹道侵彻性能提升了约29.69%,可见钛合金的结构参数对复合装甲板抗弹性能的影响权重大于SiC;钛合金背板面密度的增加不仅增强了对陶瓷的支撑作用,而且增加了弹-靶作用时间,提升了复合靶板的整体防护性能;12.7 mm穿燃弹侵彻后复合装甲板的损伤模式包括SiC碎裂、钛合金背板少量隆起变形及十字形拉伸撕裂损伤、UHMWPE层合纤维背板剪切断裂、层间分离和纤维拉伸;在整体复合装甲的设计中,应将高抗剪材料放置在背板的前几层,将高抗拉材料放置在背板后几层,以充分利用每种材料。

牵伸倍数对PE-UHMW膜材料性能的影响

高性能纤维增强树脂基复合材料的发展促进了防弹装备的发展,在面对高能杀伤武器威胁加剧和单兵携行负荷增加的情况下,防护装备高防护、轻量化的需求日益迫切,超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)膜材料的出现,有助于满足轻质高防的需求。PE-UHMW条带作为PE-UHMW膜材料的最小组成,对膜材料性能的影响决定防弹装备的性能。为探究不同牵伸倍数对膜材料性能的影响,选取由不同牵伸倍数条带制备的膜材料开展理化特性、力学性能和防弹性能研究。测试分析发现,PE-UHMW膜材料在分子量、结晶度、取向度等理化特性的不同使层压得到的复合材料力学性能有所差异,进而在不同弹击条件下防弹性能呈现出差异化特点。由高倍牵伸条带制备的膜材料分子量达到5 658 000 g/mol,由其制备的复合材料具有更加优异的力学性能,弯曲强度为102.12 MPa,弯曲弹性模量为23.30GPa,剪切强度为8.60 MPa,经过层压制备的8 kg/m^(2)面密度靶板在常温条件下防1.1 g标准模拟破片V50值达到了804.50 m/s,51式7.62 mm手枪弹弹着点弹痕高度为13.20 mm。在树脂体系与加工工艺一致的情况下,由高牵伸倍数PE-UHMW条带制备的PE-UHMW膜材料在力学和防弹性能方面具有明显优势,具备在个体防护领域的应用潜力。

防弹玻璃用热塑性聚氨酯弹性体(TPU)中间膜性能研究

热塑性聚氨酯弹性体(TPU)作为核心的中间膜材料,在生产过程中极易受加工温度和剪切速率影响,导致其光学、力学性能不稳定及厚度不均。因此,研究热塑性聚氨酯弹性体(TPU)的工艺参数和中间膜表面改性,对提高防弹玻璃的品质和成本控制意义重大。通过实验数据得出:制备中间膜最优的机头温度为180℃,螺杆转速为50rpm,通过硅烷偶联剂表面改性可提升其热稳定性。

稀土微合金化钢板BTP500性能研究

文章对BTP500钢板的折弯和抗弹性能进行了检验和试验。厚度为6 mm、9 mm的BTP500钢板90°折弯试验结果满足要求;对比BTP500钢板分别采用铁素体焊丝和奥氏体焊丝焊接后的性能检测结果,采用铁素体焊丝焊接的钢板抗拉强度比采用奥氏体焊丝焊接的钢板高100 MPa以上。采用铁素体焊丝焊接的试板的-40℃冲击功为20~30 J,BTP500钢板焊接试验满足协议要求。在子弹侵彻时,工业化试制的6 mm、9 mm厚度的BTP500钢板均未被穿透,具有很好的防弹防侵彻能力,防弹性能满足协议要求。

基于3D-DIC的UHMWPE软质防弹衣性能测试

软质防弹衣可有效拦截常规手枪弹和低速破片,是警察等执法人员的主要防护装备。为研究某超高分子量聚乙烯(UHMWPE)软质防弹衣在枪弹冲击下的动态力学响应,使用三维数字图像相关技术(three-dimensional digital image correlation,3D-DIC)进行了9 mm手枪弹侵彻软质防弹衣试验。试验获得了软质防弹衣背后鼓包(back face signature,BFS)的变形场、速度场和应变场等数据。结果表明:软质防弹衣在受子弹撞击后1 000μs内BFS高度急剧增加,达到了34.2 mm;随后增长变缓,约在3 000μs时BFS高度达到最大值60.2 mm;BFS形状由最初的四棱锥形变为最后的“金字塔形”;BFS速度在受撞击后200μs内迅速增长,达到最大值约为126.3 m/s,随后缓慢下降并趋向于0;防弹衣背后vonmises应变场分为4个L型区域,应变最大值出现在“L”的拐点处,400μs时防弹衣的最大vonmises应变为0.27。最后,采用改进的Gauss函数对不同时刻的BFS轮廓进行了曲面拟合,为快速估算任意时刻BFS形状提供了一种有效技术手段。

一种防弹玻璃抗大口径穿燃子弹侵彻能力研究

为了研究一种防弹玻璃的抗侵彻机理,基于12.7、14.5 mm穿燃弹开展一种防弹玻璃的抗侵彻试验.通过分析侵彻后靶板的破环形貌,揭示了该型防弹玻璃对穿燃弹的抗侵彻机理.采用ANSYS/LS-DYNA软件对2种口径穿燃弹侵彻该防弹玻璃的过程进行数值模拟,对比分析装甲倾角对2种口径穿燃弹极限穿透速度的影响,以及穿燃弹初速度对剩余速度的影响,获得了该防弹玻璃的抗侵彻机理,并计算得到装甲防护系数.结果表明:弹丸初速度与极限穿透速度相同时,此时的弹道偏离角最大,随着弹丸初速度的增大,弹道偏离角减小;防弹玻璃PC背板的出孔裂缝长度与弹丸初速度成正比增长关系;弹丸初速度相同时,剩余速度随着穿燃弹口径的减小而减小,且随着初速度的增大,差值逐渐减小;通过工程算法得到该型防弹玻璃对12.7 mm穿燃弹的防护系数为0.74.

装甲车辆抗枪弹测试的国军标与北约标准对比研究

随着俄乌战争爆发,多种型号的装甲车投入战场,装甲车已成为保护作战人员最普遍的作战工具。我国装甲车在枪弹防护测试上按照90年代国军标执行,面对新型弹药与新的作战需求,考虑标准的优化是十分有意义的。结合实际测试经验,梳理了北约装甲车防枪弹测试的流程,对比分析了国军标与先进北约标准在防枪弹测试上的技术差异,指出了当前我国装甲车防枪弹测试的主要问题,提出了标准的构建思路,对标准研究的优化提供了建议,为装甲车辆测试与标准制定的人员提供依据。

复合材料防弹头盔的研究进展

介绍了防弹头盔的发展概况及其防弹机制。从防弹头盔复合材料用高性能纤维种类、树脂基体类型、预制件结构,以及防弹头盔的成型工艺和防弹标准等方面,对现有研究进行总结和展望。研究为高性能防弹头盔的研发提供参考。

防弹防刺涂覆芳纶材料的选型及其应用研究

以芳纶机织物为空白样,以浸环氧胶芳纶、单面碳化硅涂层芳纶、聚脲涂层芳纶为研究对象,开展了单层防刺材料的静态穿刺试验和不同种材料相同面密度的动态穿刺试验。结果表明,环氧浸胶芳纶的刺破力要高于覆碳化硅芳纶和聚脲涂层芳纶的刺破力,同时,经动态穿刺试验测试验证,环氧胶芳纶的防刺能力效果最好。最后,将环氧胶芳纶与超高分子量聚乙烯无纬布以不同比例复配后测试其防弹防刺性能,选出最优复配方案。

装甲防弹钢板BTP500质量特性分析

选取685、Armox 500T产品与装甲防弹用钢板BTP500进行对比分析,结果表明包钢生产的装甲防弹用钢板BTP500显微组织为回火马氏体,原始奥氏体晶粒细小,平均晶粒尺寸为10.5μm,且晶粒大小均匀。BTP500钢板的硬度(HBW)平均值在291~296之间,比685钢板平均值高出30左右。各项力学性能指标完全达到Armox 500T防护钢板的水平,-40℃低温冲击吸收功平均值为51.6 J,高于Armox 500T的冲击吸收功。BTP500钢板在厚度较薄的情况下仍具有良好的抗弹性能,为装甲车辆轻量化提供了理想的防护材料。

以用户为中心的信息系统集成车载平台设计方法

现代战场的环境愈发多变和严苛,这对系统集成装备提出了更高的要求,因此作为信息系统集成的最基础平台,车载平台应围绕着用户的实际使用需求,向着更高的性能方向发展。以用户为中心出发,介绍了车载平台设计的发展方向,包括轻量化、防护性高和定制化等,并根据各方向叙述了相应的设计方法,为信息系统集成车载平台的设计制造提供了参考。

防弹复合材料结构及其防弹机理

探讨了弹块与防弹复合材料的作用机理,分析弹块在侵彻过程中复合材料吸能方式和破坏模式的变化,提出了防弹复合材料的结构设计概念。分别研究了单根纤维性能、织物结构、树脂性能、基体含量和复合材料界面粘接强度等因素对防弹性能的影响,并指出目前存在的不足,以期为今后防弹复合材料的结构设计提供借鉴。

防弹芳纶复合材料实验研究

研究以Ｔｗａｒｏｎ纤维织物为增强材料的复合材料的防弹特性．通过大量实弹试验，初步优化了树脂基体体系，并着重分析了不同树脂基体，不同树脂含量，不同团化压力等对其芳纶复合材料弹道性能的影响，揭示出了一定的规律．所得结果对防弹芳纶复合材料的进一步研究与开发应用有参考价值．

轻型陶瓷/金属复合装甲抗弹机理研究

为探讨轻型陶瓷复合装甲抗弹机理,采用弹道冲击试验研究了高速破片冲击下轻型陶瓷/金属复合装甲的冲击响应,对弹体、陶瓷面板及金属背板的破坏现象进行了物理描述和唯象分析,指出了陶瓷面板和金属背板的破坏模式,分析了陶瓷/金属复合装甲的弹道吸能机理及抗弹性能。结果表明,锥形碎裂是陶瓷面板的主要破坏模式,其宏观裂纹主要有:径向、环向及与初始表面法线方向约65°夹角向外扩展的锥形裂纹;此外还会形成与背表面法线间的夹角约为65°的倒锥形断裂面。背板的变形范围、破坏程度及破坏模式均与船用钢靶板有较大区别,当弹速低于靶板弹道极限时,背板变形模式为隆起-碟型变形,当弹速大于靶板弹道极限时,随着陶瓷面板相对厚度的增加,金属背板的破坏失效模式有:剪切冲塞失效、碟型变形-剪切-花瓣型失效、碟型变形-花瓣型失效;弹体动能主要耗散在弹体和背板的破坏与变形;弹道极限速度附近,弹体和金属背板破坏吸能量会由于陶瓷面板的相对厚度不同而不同,但他们的总吸能量可占弹体初始冲击动能的90%以上,而陶瓷面板碎裂及反冲击方向喷射的动能小于弹体初始冲击动能的10%。

Kevlar纤维叠层织物防弹机理和性能研究

选取多种形状的冲击体对Kevlar纤维叠层织物进行了弹道冲击实验。研究了Kevlar纤维受冲击时的表观破坏形态和微观损伤机理。结果表明:纤维的变形破坏随冲击物的形状和速度变化呈现出多形态、多阶段模式;纤维的微观变形形态为:除拉伸破坏外,断口处产生大量的侧向劈裂,并且呈现明显的塑性流动。同时研究了试样面密度、冲击速度等因素对材料防弹性能的影响规律。构建了材料防弹性能的一般方程。

爆炸冲击波与防弹衣相互作用的数值模拟

为研究穿戴防弹衣情况下爆炸冲击波对人体的作用模式,建立了爆炸冲击波冲击防弹衣的2维和3维数值模型.借助Eulerian和Lagrangian的完全耦合方法,模拟构建爆炸冲击波与防弹衣相互作用所形成的冲击波流场.对冲击波流场的分布情况进行分析,包括冲击波在防弹衣表面的反射,在防弹衣边缘绕射以及在防弹衣与人体之间的传播情况.研究结果表明,在穿戴防弹衣情况下,爆炸冲击波与防弹衣发生相互作用,形成的复杂波系会加重对人体的伤害.

成型压力等因素对UD66靶板弹道性能的影响

文中对ＤｙｎｅｍａＵＤ６６超高分子量聚乙烯纤维复合材料在不同成型压力、面密度和弹击速度下的弹道吸能进行了研究．因此在优化成型压力的研究中，对ＵＤ６６复合材料靶板的层间结合力、厚度与体密度做了研究．结果表明，成型压力在２．５ＭＰａ左右时吸能达到最大值．在ＵＤ６６复合材料靶板弹道吸能规律的研究中，对ＵＤ６６靶板弹击后变形和破坏做了分析．其研究结果对今后防弹复合材料的优化设计有很好的参考价值．

复合材料多功能防弹板防弹性能研究

虽然单一的装甲钢或芳纶板具有良好的防高速弹丸贯穿性能,但采用复合结构可以大大提高单一防弹板的防弹效率,减轻防护板面密度。通过弹道实验和数值模拟方法研究了装甲钢复合芳纶泡沫夹层结构抗56式7.62mm普通钢芯弹贯穿特性;探讨了不同复合形式的装甲钢复合芳纶泡沫夹层结构抵抗弹丸的防护效能和影响防弹板吸收子弹动能的因素;提出了该种装甲钢复合芳纶泡沫夹层结构最佳防弹速度区间的概念和相应的V50估算公式,由此可以设计出防弹效费比最佳的防弹板。

单兵防弹衣对穿甲破片的防护效应研究

目的:针对单兵面临的穿甲破片威胁,研究单兵防弹衣对穿甲破片的防护问题,为防弹衣论证设计、单兵综合防护和战场救护等相关研究提供支撑。方法:分析单兵防弹衣现状,归纳当前防弹衣采用的主要防弹材料。对穿甲弹击中装甲车辆后形成破片过程进行描述,给出穿甲破片的质量和速度特性规律。以此为基础,采用ANSYS/LSDYNA有限元分析软件,对穿甲破片侵彻防弹衣过程进行仿真,分析其防护效应。结果:穿甲破片能够对单兵防弹衣形成较强冲击,部分破片侵彻防弹衣后,仍能致伤。结论:防弹衣应进一步提高防护能力,应采用软质材料以减少冲击。

Al_2O_3陶瓷—石墨/超高分子量聚乙烯杂交纤维复合材料装甲抗弹性能研究

对以Al2 O3 陶瓷作面板、以石墨与超高分子量聚乙烯杂交纤维增强环氧树脂基复合材料为背板的复合装甲的抗弹性能进行了理论分析和实验研究 ,探讨了面板与背板的材料参数、几何参数等对复合装甲的抗弹性能的影响 ,得到了具有工程指导意义的结论。