不同头形弹丸对薄钢靶的穿甲机理研究

针对平头和球头弹丸的穿透靶板问题,利用 LS-DYNA 开展了数值模拟研究.讨论了弹形以及靶板厚度对弹丸穿靶的影响,并分析了弹靶撞击的结构响应和材料响应,获得了相应的弹丸相对剩余速度以及靶体响应的规律性认识。

预扭转钨合金动能弹提高穿甲侵彻威力机理分析

在力学性能和细观结构分析的基础上，提出了预扭转和未扭转钨合金材料在冲击条件下的变形和破坏机理。机理分析表明，预扭转后的钨合金弹体在同靶撞击过程中很容易形成由于绝热剪切失稳引起的破坏，从而使得弹体头部形成的“蘑菇头”面积小，弹体运动阻力小，因而具有更强的威力。并且存在一最佳扭转角，此时弹体具有最强的穿甲威力。穿甲实验结果证明了这一机理分析的正确性。

不同强度的40CrNi2Mo钢抗弹性能研究

为了研究抗拉强度对钢板抗弹性能的影响,利用12.7mm穿甲燃烧弹对18mm厚不同抗拉强度的40CrNi2Mo钢板进行抗弹性能测试。观察不同弹速下钢板出现的损伤形貌,弹坑周围裂纹和绝热剪切带的形成位置和数量,评定背面强度极限。分析不同抗拉强度钢板的穿甲机理。结果表明:抗弹性能随着抗拉强度的提高,呈现非单调变化的趋势;抗拉强度在1270MPa以下,钢板出现塑性扩孔破坏,弹坑周围基本不形成绝热剪切带与裂纹;抗拉强度在1270MPa至1700MPa之间,由于绝热剪切带的形成与扩展,钢板损伤形式由塑性扩孔向冲塞破坏转变;抗拉强度超过1700MPa,由于板内裂纹的形成与扩展,钢板出现崩落。

弹丸倾斜入射时40CrNi2Mo钢抗弹性能研究

为了研究弹丸倾斜入射时抗拉强度对钢板抗弹性能的影响,利用12.7mm穿甲燃烧弹对18mm厚不同抗拉强度的40CrNi2Mo钢板进行抗弹性能测试。观察钢板以不同倾斜角度放置时出现的损伤形貌,评定了安全角,并测量背凸高度,弹坑长度和深度,分析不同抗拉强度钢板在倾斜入射时的穿甲机理。结果表明,安全角随着抗拉强度的升高,呈现非单调变化的趋势。抗拉强度在1470MPa以下的钢板被倾斜击穿时,弹丸动能的大部分消耗在开坑和塑性扩孔阶段,安全角随抗拉强度升高而减小。抗拉强度超过1700MPa的钢板,其击穿弹坑仅有开坑区和冲塞破坏区,安全角再次随着抗拉强度的升高而减小。

不同洁净度40CrNi2Mo钢抗弹性能研究

为研究洁净度对钢板抗弹性能的影响,用12.7 mm穿甲燃烧弹对厚度为18 mm、抗拉强度为2000 MPa、洁净度不同的40CrNi2Mo钢板进行抗弹性能测试。通过观察不同弹速下钢板出现的损伤形貌,评定背面强度极限,分析穿甲机理。结果表明:高洁净度钢板抗弹性能显著高于低洁净度钢板;高洁净度钢板穿甲机理为脱痂,与洁净度关系较小;超高强度钢板较低的绝热剪切临界失稳应变是产生绝热剪切和裂纹,进而产生脱痂破坏的主要原因,在脱痂破坏前,钢板仍以塑性扩孔方式消耗较多弹丸动能,抗弹性能相对较高;低洁净度钢板穿甲机理为崩落,与洁净度关系较大;较低的平面应变断裂韧度降低临界裂纹尺寸,导致崩落裂纹优先形核和扩展,消耗更低弹丸能量,提前终止了塑性扩孔,因此抗弹性能相对较低。

含氮奥氏体钢与马氏体钢的抗弹行为研究

对不同状态含氮奥氏体钢板和马氏体钢板进行了抗枪弹与抗杆式模拟弹试验,分析了它们的穿甲机理。含氮奥氏体钢具有优良的抗弹性能,并优于传统马氏体钢的抗弹性能。马氏体钢抗杆式模拟弹防护系数随着强度的提高而提高,呈线性关系,含氮奥氏体钢穿甲防护系数远远高于同一强度级别的马氏体钢。研究表明,含氮奥氏体钢的抗弹性能的提高主要通过冲击硬化,动态强度明显提高,以及通过塑性变形区域增加,使弹丸更多的能量转换成塑性变形能。

内含钢丝网的陶瓷基复合板在防弹性能靶试研究

为提高抗弹性能,研制了内含钢丝网结构碳化硼陶瓷防弹板,并通过靶试以验证此结构的陶瓷复合装甲板的设计思路的可行性及防弹性能。

陶瓷基复合装甲防12.7mm穿甲燃烧弹的靶试研究(Ⅳ)

利用12.7 mm穿甲燃烧弹靶试陶瓷基的3种复合装甲板,探讨弹-靶的相互作用,研究陶瓷基复合装甲结构与陶瓷材料的抗弹性能。结果发现:当陶瓷板对弹丸的阻力与弹丸的作用力平衡时,陶瓷板可将弹丸挡在陶瓷板前;Al2O3陶瓷的抗弹能力优于(SiC+Si)陶瓷;须约束陶瓷板才能充分发挥其抗弹优势。在分析弹-靶作用的基础上,提出"陶瓷基复合装甲存在陶瓷组元的弹靶临界厚度"概念,当陶瓷厚度大于临界厚度时,陶瓷板能将弹丸挡在陶瓷板前,而陶瓷自身的损害几乎可以忽略;陶瓷材料存在弹靶临界厚度的必要条件是其动态硬度高于弹丸,临界厚度取决于材料动态特性、靶板结构和靶板各组元的结合强度。

陶瓷基复合装甲防12.7mm穿甲燃烧弹的靶试研究(Ⅲ)

基于对材料特性和防弹机理的认识,设计了由600D腈纶、无纺布、Al2O3陶瓷和高强PE材料构成的陶瓷基复合靶板,靶板防护面密度ρA为92 kg/m2,尺寸为300 mm×300 mm×35 mm,用现役12.7 mm穿甲燃烧弹考核了靶板防护能力,尤其是探讨了PE在背面不受约束情况时中弹后的行为。结果表明:靶板结构是可行的,可防住V25为810 m/s的现役12.7 mm穿甲燃烧弹,PE层有优良的防二次效应的性能,而靶板结构有较大的改进空间。在靶试和讨论分析的基础上,给出了靶板结构改进的设计方案。

陶瓷基复合装甲防12.7mm穿甲燃烧弹的靶试研究(Ⅰ)

基于对材料特性和防弹机理的认识,设计了由Al2O3陶瓷、616装甲钢和高强PE材料构成的陶瓷基复合装甲板,并用现役127.mm穿甲燃烧弹进行靶试考核,检验靶板设计思路,结果表明：防护面密度为128 kg/m2的靶板可防住该弹。

陶瓷基复合装甲防12.7mm穿甲燃烧弹的靶试研究(Ⅱ)

基于对材料特性和防弹机理的认识,设计了由（SiC＋Si）陶瓷、616装甲钢和高强PE材料构成的陶瓷基复合靶板,靶板防护面密度为118 kg/m2,尺寸为500 mm×500 mm×25 mm。利用现役12.7 mm穿甲燃烧弹考核靶板在6发弹打击下的防护能力,检验靶板设计思路。结果表明：靶板结构是可行的,可防住V25为818 m/s的现役12.7 mm穿甲燃烧弹。