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。

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。

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。

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。

陶瓷/金属复合板抗侵彻问题的数值模拟

利用LS-DYNA对长杆弹垂直侵彻陶瓷/金属复合板的过程进行了数值模拟分析,计算结果与已有的实验结果吻合较好。通过研究不同陶瓷厚度下弹体侵彻的剩余速度,得到了弹体剩余速度随陶瓷厚度变化的曲线。同时改变弹体头部的形状,得到了三种不同头部的弹体侵彻速度曲线和尾部位置变化曲线。最后根据不同组分的吸能形式,就动能和内能两部分分析了复合靶板的抗侵彻机理。

破片侵彻钢/陶瓷/钢复合板的特性分析

为了从理论角度分析钢/陶瓷/钢复合板抵御爆炸破片的侵彻能力,将钢/陶瓷/钢复合靶板简化为由单层的薄板(钢面板)与陶瓷/钢复合靶板组合而成,建立了破片侵彻复合板过程的理论分析模型。结合Florence模型推导了弹体穿透钢/陶瓷/钢复合靶板的剩余速度公式。采用非线性动力学计算程序AUTO-DYN模拟了圆柱形破片对钢/陶瓷/钢复合靶板的侵彻过程,模拟结果与理论计算结果吻合较好,推导得到的理论公式具有一定的工程实用性。

柱形弹撞击陶瓷/金属复合板的Florence模型修正研究

以Florence模型为基础提出了一种修正模型,可以用于求解金属/陶瓷复合装甲板的弹道极限速度。修正模型考虑到弹体在撞击过程中的变形,在原始Florence模型基础上,结合泰勒理论来计算弹体变形能。修正方程的理论解与Winkins的实验值较为吻合。最后根据修正的Florence模型,分析了板厚参数对靶板弹道极限速度的影响。

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。

陶瓷/FRP复合靶板抗破片侵彻数值模拟

复合装甲的高速侵彻过程一直是军事和结构领域所关注的问题。在大量破片侵彻试验的基础上,利用非线性有限元分析软件LS-DYNA对破片侵彻陶瓷/FRP复合靶板的过程进行了数值模拟,研究了侵彻过程靶板的破坏形式,分析了侵彻过程中破片速度的变化,以及不同厚度陶瓷对剩余速度的影响,并通过与试验数据的比较,验证了数值模拟在分析破片剩余速度和靶板破坏形式等方面的有效性。