高硬度聚脲涂层抗侵性能与断裂机制研究

鉴于高硬度聚脲与常规聚脲弹性体的区别,研究了高硬度聚脲涂覆钢板结构的抗侵性能及涂层断裂机制。通过弹道实验加载3.3 g立方体破片撞击无涂层、迎弹面涂层、背弹面涂层与双面涂层4种涂覆类型靶板,获得靶板的弹道极限,分析了不同涂覆方式下结构的抗侵性能、涂层断裂规律与微观断口形貌。结果表明:破片冲击作用下,迎弹面涂层断裂程度高且吸能性好,能够有效提高结构抗侵性能,而背弹面涂层破坏先于钢板层且吸能性差,对结构抗侵性能无提升作用;涂层断裂呈现一定的速度效应、厚度效应与微观特征,其规律反映了不同位置涂层的吸能差异。

聚脲弹性体涂覆结构抗侵性能与层间作用机制研究

研究了聚脲弹性体涂覆钢板、涂覆纤维复合材料板抗破片侵彻性能以及涂层与底材层间作用机制.通过弹道试验加载3.3 g立方体破片撞击聚脲涂覆钢板、FRC板结构,获得无涂覆、迎弹面涂覆和背弹面涂覆3种涂覆类型结构的弹道极限,得到了不同涂覆方式下结构抗侵彻性能差异以及变形与失效特征.结果表明,聚脲弹性体涂层对涂覆结构抗破片侵彻性能的影响作用与涂覆底材自身的吸能机制相关;钢板吸能形式为局部变形与剪切冲塞,涂层对钢板耗能作用影响小,且能够有效提高结构抗侵性能,迎弹面涂覆效果优于背弹面;FRC板吸能形式主要为背部纤维的拉伸断裂与层间分离,背弹面涂层抑制纤维板吸能作用,大幅降低涂覆结构抗侵效率.

陶瓷混杂点阵夹芯超结构的承载与抗多点侵彻性能

轻巧、可承载、抗侵彻一体化超结构相较于传统承载结构与披挂装甲,可有效减轻质量并提高空间利用率,在军事装备与国防设施中具有广阔的应用前景.该文基于陶瓷混杂点阵夹芯超结构,对比了超结构与传统波纹结构在三点弯曲载荷下的承载⁃位移曲线,并通过实验研究了超结构在多点弹道冲击下的防护性能与抗侵彻机理.研究结果表明,陶瓷混杂点阵夹芯超结构在弯曲载荷下主要发生陶瓷脆性断裂、面板塑性断裂与胶层开裂等失效,其承载能力高于传统波纹结构.此外,该文还发现冲击位置与芯体类型影响超结构的抗多发特性,陶瓷混杂蜂窝芯体超结构的抗多发性能优于陶瓷混杂波纹芯体超结构.波纹结构在纵向对陶瓷缺乏约束,而蜂窝芯体对陶瓷的约束作用更强,从而可限制陶瓷损伤面积,使得抗侵彻性能随着冲击次数的增多而基本保持一致.

高速冲击加载下碳纤维复合材料层合结构抗侵彻特性及响应机理

碳纤维复合材料层合结构在高冲击服役环境中常遭受外来物体冲击作用,使之出现一些不可预测的各种损伤形式,甚至会出现不可控的损伤模式。为确保这些结构的安全性和可靠性,对碳纤维复合材料层合结构抗冲击响应及防护机理展开了研究。以碳纤维复合材料层合结构作为研究对象,基于一级轻气炮构建高速冲击加载试验装置,探明了碳纤维复合材料层合结构能量吸收特性与冲击能量之间的联系规律,结合弹道极限方程,确定了其弹道极限,并明确了不同冲击速度作用下的损伤模式。同时引入内聚力单元进行数值模拟仿真研究,探明了碳纤维复合材料层合结构层与层之间内聚力单元的损伤模式,揭示了其在高速冲击加载环境下的损伤机制。研究结果为反向设计适用于高速冲击加载环境复合材料层合结构提供理论依据。

四棱锥结构尺寸对间隙装甲抗侵彻性能的影响

本文设计一种可使弹道偏转的含四棱锥/尼龙结构间隙装甲,并通过弹道冲击实验测试不同结构靶板的抗侵彻性能。实验表明,四棱锥靶板具有较好的弹道偏转效果。通过数值仿真的方法建立组合间隙靶板的有限元模型,研究四棱锥朝向、四棱锥的底边尺寸及坡度对间隙装甲抗侵彻性能的影响。结果表明:四棱锥为迎弹面的间隙装甲抗侵彻性能优于四棱锥为背弹面的间隙装甲;间隙装甲抗侵彻性能受弹体侵彻四棱锥的深度以及四棱锥坡度2个因素影响;四棱锥坡度i=6/7的间隙装甲抗侵彻性能最好。

蜂窝钢管混凝土抗侵彻性能实验研究

为了研究蜂窝钢管混凝土的抗侵彻性能,采用125 mm口径滑膛炮开展了蜂窝钢管混凝土靶侵彻实验共6发,获得了不同工况时靶板破坏形态及侵深数据,分析了蜂窝钢管混凝土的典型破坏形式,对比了不同弹靶尺寸因数时靶板破坏形式的区别以及着靶点和钢管壁厚对蜂窝钢管混凝土抗侵彻能力的影响。同时,对7组不同壁厚的六边形钢管混凝土和3组六边形无钢管混凝土柱进行了单轴压缩实验,研究了不同壁厚时六边形钢管对核心混凝土强度及延性的增强效应,拟合了核心混凝土强度增强因数同围箍因数的关系,并改进普通混凝土侵深的经验公式,得到了适用于蜂窝钢管混凝土的最大侵深计算公式。结果表明:钢管壁厚是影响侵深的重要因素,壁厚越大,侵深越小;着靶点位置对侵深的影响较复杂,具有离散性;着靶点位置对靶体表面破坏形式影响较大;钢管可以有效增加核心混凝土的强度和延性;改进后的侵深计算公式可以预测弹体对蜂窝钢管混凝土靶的最大侵深。

弹头形状对TC4-Al_(3)Ti叠层复合板侵彻性能影响的数值分析

TC4-Al_(3)Ti叠层复合材料由于其低密度、高强度的特点被广泛应用于装甲防护材料。为深入研究TC4-Al_(3)Ti叠层复合板的抗侵彻性能,结合弹道冲击试验和有限元数值模拟技术,采用一级轻气炮试验台对TC4-Al_(3)Ti叠层复合板进行弹道冲击试验,并利用LS-DYNA软件建立了接近弹道冲击试验工况的有限元模型,通过对比分析模拟仿真及试验获得的弹体剩余速度和靶板破坏形态,验证了该有限元模型的有效性。在此基础上,重点开展了弹头形状对靶板抗侵彻性能的影响研究。结果表明:在所研究速度范围内,TC4-Al_(3)Ti叠层复合板抗平头弹的侵彻能力最强,其次是半球形头弹,而对球形弹的抵抗能力最弱。

金属封装陶瓷复合结构抗射流性能仿真

为提升轻质装甲对聚能射流的防护性能,针对金属封装陶瓷结构的抗射流防护性能开展研究。以金属封装陶瓷结构为平台设计5种复合结构,通过LS-DYNA软件开展数值模拟,研究在不同倾角下各结构金属框架损伤程度、陶瓷夹芯的损伤范围及射流动能损失量。结果表明:与常规钢制装甲相比,金属封装陶瓷结构具有更好的抗射流侵彻性能,可降低结构的变形程度,将局部载荷分散至结构面内,降低陶瓷损伤范围,提升结构的防护性能;金属封装陶瓷结构可在面密度降低的同时造成比金属夹芯更高的射流动能损失量,并且在多种倾角情况下均表现出良好的防护性能。

纳米ZrO_(2)改性玄武岩纤维层压板抗侵彻性能研究

为了探究纳米二氧化锆(ZrO_(2))粒子对玄武岩纤维/乙烯基酯树脂层压板力学性能和抗侵彻性能的影响,采用热压法制备纳米ZrO_(2)改性基体复合材料,开展准静态拉伸测试与弹道试验,并对试件的弹道损伤形貌进行宏观/微观分析。研究结果表明:纳米ZrO_(2)可以提升玄武岩纤维/乙烯基酯树脂层压板的拉伸强度和模量,但会导致拉伸断裂应变下降并影响其能量吸收。弹道试验结果表明,少量添加纳米ZrO_(2)粒子(0.5 wt%)的层压板抗侵彻性能有所提升,弹道极限提高6.01%,而粒子含量更高的试件抗侵彻性能出现下降。改性引起的界面黏附性增强会限制变形、脱黏等吸能行为,从而导致抗侵彻性能下降。研究结果可为基于玄武岩纤维层压板的硬质防护装备开发提供参考。

一种由金属陶瓷单元构成的间隔装甲抗射流侵彻性能研究

为了获得由金属陶瓷复合单元构成的间隔装甲的抗侵彻性能,基于180 mm大口径聚能装药,开展了侵彻试验和仿真研究.通过分析靶板的破坏情况以及仿真中射流与靶板的相互作用过程,揭示了复合装甲对射流的干扰机制.采用剩余穿深等效准则,获得了不同着角下复合装甲的等效靶厚度.研究结果表明:斜侵彻条件下,金属陶瓷复合单元能够通过向射流头部施加不对称作用力,以及利用孔壁形成切割作用2种方式削弱射流的侵彻能力.同时,防护系数计算结果显示,在45°着角条件下,由金属陶瓷复合单元构成的间隔装甲具有良好的抗弹性能,可达到试验用聚能装药极限侵彻能力的1/4.

基于SPH-FEM耦合法对泡沫铝夹层板的抗侵彻性能数值仿真

由于软质夹层结构在防护结构中运用较为广泛,针对软质芯层在大变形情况下易出现负体积等问题,本文建立SPH-FEM耦合方法,并以泡沫铝软质芯层夹层结构为例,开展了试验和SPH-FEM耦合数值仿真分析,研究泡沫铝夹层结构在两种弹体作用下的抗侵彻性能。通过对比试验与数值仿真的弹道极限和结构变形,验证了本文提出的SPH-FEM耦合方法的可行性和准确性。然后基于SPH-FEM耦合方法,开展泡沫铝夹层板结构的抗侵彻性能影响因素分析,重点分析了面板和芯层厚度对弹道极限的影响。研究方法与结果可为舰船结构防护设计与安全提供参考。

多层复合车载方舱大板结构抗侵彻性能研究

结合轻质金属及复合材料,提出一种Al/B_(4)C/UHMWPE复合结构方舱大板。通过7.62 mm普通钢芯弹和穿甲燃烧弹侵彻试验,研究了复合结构的抗侵彻性能,探讨各板的损伤模式与抗侵彻机理。试验证明,Al/B_(4)C/UHMWPE复合结构方舱大板对7.62 mm普通钢芯弹及穿甲燃烧弹防护效果良好,具有较强的抗侵彻性能。

30CrNi3MoV高强锻件厚度和层数对抗侵彻性能的影响规律研究

针对一种新研的30CrNi3MoV高强钢锻件,研究锻件靶板结构对抗侵彻性能的影响,采用LS-DYNY有限元计算软件,对侵彻弹侵彻不同厚度、不同层数的30CrNi3MoV锻件靶板过程进行了数值计算,得到了锻件靶板的侵彻深度,获得了厚度和层数对锻件靶板抗侵彻性能的影响规律。计算和试验结果表明,30CrNi3MoV高强钢锻件具有优异的抗侵彻性能;在锻件靶板不被贯穿的极限厚度以上,单层30CrNi3MoV靶板抗侵彻能力随厚度增加而提高,与靶板厚度基本呈正比例关系;在靶体总厚度一定的情况下,多层30CrNi3MoV靶板层数越多,靶体的抗侵彻能力越弱。

Al_2O_3陶瓷复合靶抗长杆弹侵彻性能和机理实验研究

用DOP(depthofpenetration)实验研究了质量分数为 90 %的Al2 O3 陶瓷复合靶抗长杆弹侵彻性能。实验表明 :随陶瓷厚度的增加 ,以差分效益系数和靶平均阻力表征的陶瓷复合靶的抗长杆弹侵彻性能降低 ;盖板能增强陶瓷复合靶抗侵彻性能。对回收陶瓷和盖板的破坏特征分析表明 :长杆弹对陶瓷复合靶侵彻过程大致可分为初期侵彻和稳定侵彻两个阶段 ,但对薄靶和厚靶 。

破片形状对复合靶抗侵彻性能影响的实验研究

采用系列弹道实验,研究了双层钢/铝爆炸复合靶在不同形状破片侵彻作用下的毁伤机理和抗侵彻性能。实验采用14.5mm滑膛枪发射直径6mm的钢质球形破片和边长4.2mm的钢质立方体破片。基于实验结果,分析了不同形状破片侵彻下靶板的毁伤机理和破坏模式,讨论了破片形状、动能及靶板厚度分布等因素对复合靶抗侵彻性能的影响。结果表明:在球形破片和立方体破片的侵彻作用下,钢面板发生剪切冲塞破坏,铝背板发生延性扩孔破坏;复合靶板抗立方体破片侵彻性能优于抗球形破片侵彻性能;在球形破片的侵彻作用下,当靶板厚度一定时,复合靶板的抗侵彻性能随钢面板与铝背板厚度比的增大而提高,对于立方体破片则相反。

球形弹丸作用下钢/铝爆炸复合靶的抗侵彻性能

采用14.5mm滑膛枪发射直径6mm的钢质球形弹丸对双层钢/铝、3层钢/铝/钢爆炸复合靶进行侵彻实验,借助LS-DYNA3D非线性有限元程序进行数值模拟,应用固连-失效模型反映层间结合,分析了不同组合形式对靶板抗侵彻性能的影响,并对毁伤机理进行初步分析。结果表明:靶板总厚度一定时,3层靶的抗侵彻性能优于双层靶;双层靶的钢面板与铝背板厚度比为约2∶1时抗侵彻性能最好。面板的毁伤机理为剪切冲塞耗能,铝背板的毁伤机理为延性扩孔,钢背板为开瓣扩孔;数值模拟同实验结果吻合良好,表明固连-失效模型可以较好地反映出层间结合对抗侵彻性能的影响。

钢纤维无粗集料超高强混凝土的抗侵彻性能研究

通过在无粗集料超高强混凝土中加入体积掺量为3%的钢纤维来对其增韧改性,得到钢纤维无粗集料超高强混凝土。为了研究不同强度等级的含钢纤维无粗集料超高强混凝土材料的抗侵彻性能,采用动力有限元程序分析子弹侵彻钢纤维无粗集料超高强混凝土,得到了子弹的速度时间历程曲线和靶体的动态破坏过程。结果表明,在相同的侵彻初速度下,随着混凝土强度等级的提高,子弹的剩余速度明显降低,材料破坏程度明显减弱。在配合比相同而养护条件不同的情况下,人工海水养护制备的混凝土材料比淡水养护而成的抗侵彻性能更强。

金属封装多层陶瓷复合结构抗侵彻性能

针对传统层状陶瓷复合结构难以抵抗多次打击的问题,开展轻质金属封装陶瓷复合结构的抗侵彻性能研究。通过弹道枪实验和数值方法,获得金属封装多层陶瓷复合结构和单层陶瓷复合结构的抗侵彻性能。结果表明:多层复合结构抗侵彻性能比单层陶瓷复合结构提高了15%;两层陶瓷块的错位排布,基本消除了其不同位置处抗侵彻性能的差异;金属框架限制了陶瓷碎片的飞散,增加了陶瓷材料对弹丸的侵彻阻力,使金属封装夹层耗散了弹丸约55%的动能;陶瓷层数量的增加使冲击波在不同材料的衰减幅度以及界面间反射次数增加,改变了载荷在陶瓷层间的分布特性,减小了陶瓷破坏范围,有效提高了复合结构抗多次打击能力。

泡沫铝夹芯材料抗爆抗侵彻性能研究进展

泡沫铝及其复合材料具有质量轻、比强度高、比刚度高和功能可设计性等优点,在轻质防护领域具有广泛的应用。为全面了解泡沫铝夹芯材料在爆炸与冲击侵彻载荷作用下的毁伤机理和防护性能,概述了泡沫铝及夹芯复合材料的制备方法和应用,从理论研究、实验研究和数值研究三方面介绍了泡沫铝夹芯复合材料的抗爆抗侵彻性能,重点讨论了泡沫铝自身结构、夹板材质和组合方式等因素对材料毁伤机理和防护性能的影响。结合实际应用,指出当前研究工作中存在的不足,并提出有待进一步研究的方向。

石墨烯增强铝基SiC复合材料的动态失效机理与抗侵彻性能

研究石墨烯增强铝基复合材料的动态力学性能、失效机理以及抗侵彻性能.通过静、动态压缩测试掌握了材料在0.001～5 200.000 s^(-1)应变率范围内的力学性能,揭示了该材料的应变率效应,结合光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)分析了该材料在静、动态压缩下的断裂机理;通过弹道枪试验掌握了该材料与Q235钢面板层叠构成复合结构及12～18 mm厚Q235A钢板的弹道极限速度及极限比吸收能.试验结果表明,Q235A钢/石墨烯增强铝基复合结构的极限比吸收能是12～14 mm厚度范围Q235A钢板的1.79倍,34.10 mm厚石墨烯增强铝基SiC复合材料的极限比吸收能与16.70 mm厚Q235A钢相当.