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 。

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。

纤维层厚度对陶瓷复合靶板抗弹性的影响

用12.7mm穿燃弹对几种不同厚度玻纤布配置的陶瓷复合靶板进行垂直侵彻试验,以研究陶瓷复合靶板面基板间纤维层厚度对靶板抗枪弹性能的影响。试验以有效弹速下弹丸对靶板的总穿深作为靶板抗弹性能的衡量指标,作以比较。试验结果表明,随面基板间玻纤布的厚度增加靶板防护能力降低。从应力波、约束机制、背强效应等方面对其原因作了分析。

陶瓷厚度与约束对陶瓷复合靶抗弹性能的影响

为研究陶瓷厚度与三维约束对陶瓷复合靶抗中等口径弹丸侵彻性能的影响,设计了3种陶瓷复合靶,采用30 mm模型弹进行侵彻试验,得到了靶体破坏与弹丸侵蚀特征以及侵彻过程高速摄像图像;基于数值模拟,分析了陶瓷厚度和约束对靶体极限速度和抗弹机制的影响.当复合靶平面尺寸不大时,陶瓷厚度和约束是影响抗弹性能的重要因素,增加陶瓷厚度与三维约束能有效提高抗弹能力.

破片撞击下YAG 透明陶瓷复合靶的破坏特性

YAG透明陶瓷兼具有优秀的透光性能和抗冲击破坏性能,是武器装备透明部分的优秀防护材料,在军事装备、航天等国防领域具有良好的应用前景。冲击载荷下材料的加载响应特性对掌握材料破坏机制至关重要,能为透明复合靶设计提供依据。为获得YAG透明陶瓷多层复合靶的冲击破坏特性,利用内径9 mm的气体驱动发射平台进行了碳化钨球形破片在20~310 m/s速度下撞击YAG透明陶瓷复合靶的实验,通过高速摄影捕捉的陶瓷表面损伤演化过程,计算了典型径向、环向裂纹扩展速度。通过观测回收的靶体和YAG碎片的宏细观破坏特征,分析了撞击速度与靶体破坏特征之间的联系。结果表明,YAG陶瓷层径向裂纹和环向裂纹扩展速度均随着时间的延长线性降低,且裂纹扩展速度几乎不受撞击速度影响。陶瓷层中心粉碎区面积随撞击速度的提高而增大,且中间玻璃层破坏区域面积与陶瓷锥底面积相关联,陶瓷锥角与撞击速度关联性不强。同时,观察到陶瓷层在冲击破坏过程中出现了裂纹簇,获得了裂纹簇数量与破片撞击速度之间的关系,分析了裂纹簇的特征及其成因。裂纹变向、应力波作用会显著影响细观断面破坏特征。径向、环向和锥裂纹中沿晶断裂的比例均随着裂纹扩展距离的增大而增加,且穿晶比例随着撞击速度的提高而增加。

YAG透明陶瓷复合靶抗弹机理研究

透明陶瓷是兼具较好的力学和光学性能的新一代透明防护材料,在低面密度、高透过率、高防护能力的透明装甲方面有重要的应用前景.为探究YAG透明陶瓷复合靶抗弹机理,本文基于弹道枪测试平台与高速摄影技术,获得了12.7 mm穿甲燃烧弹冲击YAG透明陶瓷复合靶的弹靶冲击瞬态作用过程,确定了透明陶瓷复合靶各层损伤特征与弹体的破坏形态,测定了背板背凸量.在此基础上,利用AUTODYN动力学有限元模拟软件,建立了YAG透明陶瓷复合靶抗制式弹过程的有限元模拟方法,探究了典型结构透明陶瓷复合靶的抗弹机理,并分析了透明陶瓷与聚碳酸酯层厚度变化对其抗弹性能的影响规律.研究结果表明,透明陶瓷复合靶依靠透明陶瓷面板的高强度破碎弹体以有效消耗弹体冲击动能,玻璃层消耗陶瓷锥的冲击能量,背板吸收残余动能,从而实现低面密度的透明防护;透明陶瓷面板的增加能够更为有效地破坏弹体,从而实现提高装甲防护能力的目的;聚碳酸酯在一定的厚度范围区间能实现复合靶较低面密度的高效防护作用.

碳化硼陶瓷复合靶板抗侵彻性能实验研究

为研究碳化硼陶瓷的抗侵彻性能,开展了 12.7 mm钢球侵彻碳化硼陶瓷及复合靶板、12.7 mm长杆弹侵彻超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)约束碳化硼陶瓷复合靶板实验,讨论了碳化硼陶瓷的破坏模式,研究了约束方式对碳化硼陶瓷抗侵彻性能的影响。结果表明:在钛合金/UHMWPE背板约束作用下,弹丸与陶瓷的相互作用时间更长,产生更细的陶瓷粉末,大尺寸碎片含量减少,吸收的能量更多,陶瓷的抗侵彻性能进一步提高;背板在弹体和陶瓷锥的共同冲击下,造成钛合金的花瓣形卷边破坏,UHMWPE层合板伴随着较大范围的层间分层,形成“X”形隆起现象;采用纤维约束陶瓷,使碳化硼陶瓷板在子弹侵彻时能够保持完整,增强了对弹体的磨蚀作用,提高了抗弹性能,具有一定的抗多次打击能力。通过分析碳化硼陶瓷复合装甲的抗侵彻机理,为今后复合装甲的优化设计提供了参考依据。

陶瓷复合靶板防护仿真研究

通过研究陶瓷复合板的防护机理,采用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D建立钨杆弹侵彻陶瓷复合靶板(面板—陶瓷板—背板)的模型。在其它条件相同的情况下,分别研究了结构钢、装甲钢和钢合金作为面板和背板材料时陶瓷复合靶板的防护性能,分析比较结果表明采用钢合金作为面板和背板材料时弹体剩余速度最小,陶瓷复合板的防护能力最强。在其它条件相同的情况下,通过改变陶瓷复合靶板材料配置和结构配置,在背板中添加陶瓷材料而不改变其原来尺寸,研究其防护性能,结果表明这种改变可以有效提高陶瓷复合靶板的防护能力。

EFP模拟弹丸侵彻陶瓷复合靶的数值模拟研究

运用LS_DYNA程序中描述陶瓷本构关系的JHC模型和二维轴对称拉格朗日算法,对EFP模拟弹丸侵彻不同厚度99氧化铝陶瓷块/金属复合靶试验进行了数值模拟,获得了侵彻过程中陶瓷的损伤演化和分布以及在A3钢背板中的侵彻深度,与实验结果进行了比对,总的侵彻深度基本相符。数值模拟和试验所得残余侵彻深度与陶瓷厚度之间基本上都呈一种良好的线性关系,因此所得质量防护系数和差分防护系数都随着陶瓷厚度的增加而增加。通过分析侵彻过程中的陶瓷损伤与演化发现:陶瓷块尺寸过小时会由于稀疏波作用使陶瓷抗弹性能下降。

高速摄像系统用于陶瓷复合靶板的动态参数测量研究

提出了高速摄像系统用于陶瓷复合靶板动态参数测量方法。对射弹作用后的陶瓷/金属复合靶板的动态测量问题进行了试验研究和理论分析,利用数字图像处理技术中的二值化、数学形态学滤波、像素面积计数、Hough变换等对图像进行预处理,再对射弹作用后飞散陶瓷碎片的分布面积以及运动平均速度进行了测量。研究结果表明,本方法能准确、有效地获取相关试验数据。

30mm口径半穿甲模拟弹侵彻陶瓷复合靶板SPH数值模拟

30mm口径半穿甲模拟弹侵彻陶瓷/金属复合靶板,采用非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA3D进行数值模拟。陶瓷采用SPH算法,其余部分采用有限单元法。模拟结果与试验结果基本吻合,避免了纯Lagrangian算法处理大变形、大应变率和高压作用中的网格消蚀和网格重分。研究表明该算法可行有效。

弹体侵彻陶瓷/金属复合靶板问题的研究

针对弹体侵彻陶瓷/金属复合靶板的问题,将弹体的墩粗变形、陶瓷面板碎裂及陶瓷锥的形成变化和金属背板的变形结合起来,建立了可变形弹体垂直侵彻陶瓷/金属靶板的理论分析模型。利用大型非线性有限元程序LS-DYNA3D,对平头弹侵彻陶瓷/金属复合靶板的问题进行数值模拟,得到了陶瓷/金属复合靶板受弹体侵彻的变形过程。最后给出了典型位置的位移随时间的变化曲线,理论模型分析结果和数值模拟结果与实验结果进行了对比,吻合很好。说明理论分析模型的正确性和数值模拟结果的可靠性,可以为复合靶板的设计提供有利依据。

陶瓷/金属复合靶板受可变形弹体撞击的理论分析模型

针对弹体撞击陶瓷/金属复合靶板的问题,将弹体的变形、陶瓷面板的碎裂和金属背板的变形结合起来,建立了新的可变形弹体垂直撞击陶瓷/金属靶板的理论分析模型.模型中计入了弹体刚性区长度和运动速度、塑性变形区长度、横截面积和运动速度的变化以及弹体对靶板的侵入速度和深度;对陶瓷面板考虑了陶瓷锥体积和抗压强度的变化;对金属背板的变形,根据其塑性变形功、外力功及其动能守恒原理,得到金属背板的运动方程.最后对具体算例进行了分析,得到了各物理量随时间的变化,给出了一些有价值的规律.结果表明,模型能较好地描述撞击过程中的有关规律;与实验结果和数值模拟结果进行对比,吻合较好,说明了模型的有效性.

B_4C陶瓷/金属复合靶板抗侵彻性能数值模拟分析

利用LS-DYNA对平头弹垂直侵彻陶瓷复合靶的过程进行数值分析,研究了B4C陶瓷/金属复合靶板防护能力跟靶板结构设计之间的关系。计算结果表明:B4C陶瓷作面板复合靶有较优的抗弹性能;铝合金作背板与钢板作背板的陶瓷复合靶相比具有良好的抗弹性能。并得到了B4C陶瓷/铝合金板复合靶的防护能力与陶瓷板、铝合金板厚度的变化规律。

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。

陶瓷橡胶复合靶板抗射流侵彻仿真研究

运用非线性动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了对聚能装药射流侵彻陶瓷橡胶复合靶板的3D有限元模型。分析了在不同倾角下,不同厚度橡胶夹层构成的陶瓷橡胶复合靶板对射流能量吸收的影响。结合质量防护系数、空间防护系数和差分防护系数对复合靶板的防护效能进行了分析。结果表明:倾角的变化对陶瓷橡胶复合靶板抗射流侵彻性能影响较大,而橡胶夹层厚度的变化对复合靶板抗射流侵彻性能影响较小。随着倾角的增加,复合靶板的防护性能增加,在60°～68°范围内,复合靶板的防护性能基本不变。

弹体侵彻陶瓷/纤维织物复合靶体研究进展综述

介绍了陶瓷/纤维织物复合材料密度低、硬度高、耐高温、耐腐蚀等优点,从实验、数值模拟和理论研究三方面,综合论述了国内外近二十多年来关于陶瓷纤维织物复合材料的抗冲击侵彻问题的研究成果,为陶瓷材料抗侵彻问题的深入研究提供参考。

分段弹芯对陶瓷/钢复合装甲的侵彻行为

针对高速弹靶作用时穿甲弹芯发生变形及破碎的现象,设计一种两级分段弹芯结构,采用有限元仿真软件对两级弹芯结构侵彻陶瓷/钢复合靶板进行数值模拟。根据弹靶作用过程中的弹靶破坏模式、两级弹芯结构的运动规律,对侵彻过程进行阶段分析,并在此基础上探讨弹芯长度比例、间隔距离等因素对两级弹芯结构侵彻性能的影响。研究结果表明:两级弹芯结构较普通弹芯的侵彻深度增加率可达到16%以上;两级弹芯长度比例和间距对侵彻效果影响较大,选择合理的长度比例和间距有助于提高两级分段弹丸对陶瓷/钢复合靶板的侵彻性能;研究结果为两级分段弹芯的设计及应用奠定了基础。

弹体低速侵彻陶瓷-混凝土复合靶体的侵彻深度计算模型

为了研究弹体以低于400m·s^(-1)的侵彻速度侵彻陶瓷-混凝土复合靶体时,侵彻深度与侵彻速度及材料参数之间的关系,利用Forrestal空腔膨胀理论和弹体侵彻混凝土靶体的经验公式,在弹体对靶体的不同侵彻状态下,计算了弹体受到的侵彻阻力。依据牛顿第二运动定律,建立了弹体低速撞击陶瓷-混凝土靶体的侵彻深度计算模型,并将理论计算的侵彻深度与已有试验数据进行了比对分析,结果表明两者间的相对偏差较小,证明了该理论计算模型及其计算结果具有可靠性。

弹体高速侵彻陶瓷复合厚靶的计算模型研究

针对平头弹高速撞击陶瓷复合厚靶的问题,以集中质量法为基础并考虑靶体的内摩擦效应对Fellows模型加以改进,建立侵彻过程的理论计算模型并利用Matlab编程求得不同撞击速度下弹体侵彻复合靶体的侵彻深度,模型得到了试验结果和数值计算结果的验证。参数分析的结果表明,陶瓷厚度的增加可提高复合靶体的抗侵彻能力,但随着初始撞击速度的提高,弹体的侵彻深度增长曲线趋于平缓。