弹靶尺寸对陶瓷/金属复合装甲防护性能的影响

利用Autodyn软件开展数值模拟工作,对陶瓷/金属复合装甲的防护性能与弹靶尺寸的关系进行研究。首先,建立二维轴对称SPH-Lagrange模型,并利用实验数据验证模型有效性;在此基础上对不同几何参数的弹靶撞击进行数值模拟,分析靶板厚度、靶板平面尺寸、子弹长度等对氧化铝陶瓷/铝合金复合装甲弹道极限速度的影响规律。然后,通过量纲分析,提出装甲弹道极限速度与弹靶几何参数的量纲一关系式,并在数值模拟结果的基础上建立一个装甲弹道极限速度的经验公式。

陶瓷/金属复合装甲冲击响应的三维SPH法分析

采用自编三维SPH程序对弹体侵彻陶瓷/金属复合装甲问题进行了数值模拟。为了描述金属和陶瓷材料非线性变形及损伤特性,在程序中嵌入Johnson-Cook和Johnson-Holmquist II本构模型及Mie-Gruneisen状态方程。SPH计算得到的典型位移随时间变化曲线与实验结果吻合较好。通过数值模拟合理再现了弹体侵蚀、陶瓷锥形成、飞溅和背板隆起撕裂等物理过程。研究了倾角对复合装甲抗侵彻性能的影响,结果表明,存在一个最优的靶板倾角,使得陶瓷/金属复合装甲的抗侵彻性能最佳。

黏结层对陶瓷/金属复合装甲抗弹性能的影响研究

采用二级轻气炮加载装置和AUTODYN软件对含环氧树脂黏结层的陶瓷/金属复合装甲的抗弹性能展开了研究。陶瓷面板分为叠层和单层板两种形式,对应于C/E/A(Ceramic/Epoxyresin/Aluminumalloy)和C/E/C/E/A(Ceramic/Epoxyresin/Ceramic/Epoxyresin/Aluminumalloy)复合装甲。结果表明,受应力波传播和破碎锥作用,C/E/C/E/A装甲较C/E/A装甲的陶瓷面板破碎程度更大。具有缓冲作用的黏结层,随其厚度的增加,陶瓷损伤程度逐渐减小,背板侵深也逐渐减小。对Yaziv系数的修订表明,在相同弹速和黏结层厚度条件下,相同面密度的叠层陶瓷装甲抗弹性能优于单层陶瓷装甲。但是,黏结层厚度的增加对C/E/C/E/A装甲的抗弹性能贡献不大,而对C/E/A复合装甲的影响却较大。最后,对于两种形式陶瓷复合装甲,黏结层均使得装甲内透射应力波幅值得到了有效衰减,尤其是C/E/C/E/A装甲。

不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能

为支撑陶瓷复合装甲的结构设计,研究不同厚度比陶瓷/金属复合装甲的弹道防护性能。通过陶瓷/金属复合结构抗侵彻性能弹道实验及数值模拟研究,完成有限元-光滑粒子流体动力学耦合计算模型的校验;模拟长杆弹撞击陶瓷复合装甲过程,分析装甲陶瓷与金属背板厚度比对界面击溃效应影响,获取不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能。研究结果表明:陶瓷复合装甲存在两种主要防护机制;当弹体速度小于1000 m/s,随着陶瓷厚度从15 mm增加至25 mm,复合装甲的界面击溃驻留时间能够提高一倍以上,期间弹体耗能最高可达50%;当弹体速度大于1000 m/s时,侵彻阶段的耗能占据弹体动能损失的主导,期间最高耗能可达85%;当金属与陶瓷的厚度比为2∶1时,复合结构使弹体具有较长的界面驻留时间,并实现较高的弹道防护效能。

弹体侵彻运动陶瓷/金属复合装甲SPH模拟

采用自编三维SPH程序对弹体侵彻运动陶瓷/金属复合装甲问题进行了数值模拟.SPH方法结合Johnson-Cook和Johnson-Holmquist Ⅱ本构模型及Mie-Gruneisen状态方程合理地再现了弹体侵蚀、陶瓷飞溅和背板隆起撕裂等物理过程.研究了陶瓷/金属复合装甲运动速度对弹体剩余速度、偏转位移和偏转角度的影响.结果表明:在弹体正侵彻入射速度恒定条件下,复合装甲运动速度越快弹体杀伤威力越小、弹道稳定性越低.

陶瓷-金属复合材料在防弹领域的应用研究

陶瓷-金属复合材料具备高硬度、高强度、高韧性以及低密度的优点,已被广泛应用于防弹领域。介绍了几种陶瓷-金属复合装甲形式及其相应特点,重点论述了陶瓷-金属功能梯度装甲的研究进展,并对其前景和当前的工作重点进行了讨论。

弹丸高速/超高速撞击陶瓷/金属复合靶的数值模拟

陶瓷/金属复合装甲是新型的热门装甲,将韧性材料和高硬度的脆性材料结合到一起,具有良好的抗弹和防护效果,在轻型装甲车辆、舰、坦克、直升机中具有良好的应用前景。本文通过光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟弹体高速撞击陶瓷/金属复合靶,研究弹速300~2000 m/s的抗侵彻和弹速3000~8000 m/s的碎片云特性,并与工况对比,通过改变陶瓷/金属厚度比、弹丸直径等参数,分析了其对靶板高速撞击特性的影响。

陶瓷/金属复合靶受12.7 mm穿甲燃烧弹侵彻时弹靶破碎特征

弹靶破碎特征对陶瓷/金属复合装甲的抗弹性能有明显的影响,针对这一现象,进行12.7 mm穿甲燃烧弹垂直侵彻不同陶瓷材料下的陶瓷/金属复合靶板的实验研究。通过观测回收的弹芯及靶体陶瓷宏观破坏形貌,分析不同陶瓷材料与弹芯及陶瓷主要破坏特征之间的关系;通过对碎块的多级筛分称重,开展对不同陶瓷材料下弹芯及陶瓷面板的碎块尺度分布规律的研究。试验结果表明不同断裂韧性对陶瓷和弹的破碎形态及碎块粒径分布有明显影响:当陶瓷的断裂韧性增大时,弹芯小碎片的质量减小,大质量碎片增加,破碎程度减小;陶瓷半锥角增大,径向裂纹减少,陶瓷锥内破碎区碎块尺度呈增大趋势,故整体陶瓷锥破碎区占比提升;弹芯碎块及破碎后的陶瓷碎块粒径累计质量分布符合幂律分布模型。其中弹体碎裂主要分为两个部分,较大的碎块主要是由压剪断裂及应力卸载所导致的拉伸断裂所致,细碎化只发生在弹体头部,主要是由应力波产生的微裂纹与冲击诱发的粒间裂纹相互作用所致;径向裂纹及陶瓷锥是陶瓷冲击破坏的主要表现形式。

冲击波在陶瓷与梯度材料界面上的传播特性

研究了冲击波在有限厚度陶瓷平板与半无限大陶瓷 /金属复合背板的界面传播特性。论文的研究基于 Furlong等提出的预测球面波在两弹性体间的平面界面上的反射、折射特性的基本方法。论文重点研究了剪切耦合边界条件下复合背板中的金属体积百分比和陶瓷面板的厚度对反射波强度的影响。通过研究得出了一些对于陶瓷 /复合装甲及陶瓷