聚能射流对陶瓷装甲侵彻深度灰色预估

文中通过聚能射流对多层陶瓷靶元侵彻试验获取的少样本侵彻深度试验数据,利用灰色预测模型对聚能射流侵彻陶瓷装甲的P-T和P-H关系进行预估,得到预估模型。实验验证表明灰色预估在预测聚能射流侵彻穿深上准确性较高,在类似领域具有较高的推广价值。

高速长杆弹对陶瓷装甲侵彻的数值模拟

利用三维非线性动力有限元程序LS-DYNA3D,建立了高速钨质长杆弹对多层陶瓷装甲侵彻的有限元分析模型,描述了侵彻全过程的有关物理和力学现象,对进一步研究陶瓷装甲防护及弹体侵彻性能具有一定的参考价值。

影响陶瓷装甲抗弹性能的主要因素

根据陶瓷复合装甲的抗弹原理,综述了陶瓷材料性能、陶瓷面板的形状和尺寸、陶瓷装甲的结构形式等主要因素对陶瓷装甲抗弹性能的影响,通过对这些因素的提高和优化来提高装甲的抗弹性能。

陶瓷装甲

陶瓷的脆性断裂行为往往限制了它的使用,其主要应用之一是装甲系统构件。陶瓷装甲可以防护高速弹丸,其重量仅为普通钢装甲的二分之一左右。本文介绍了在装甲系统中使用的陶瓷材料性能,并对比了它们的优缺点。

碳化硅陶瓷装甲

Saint—Gobain公司集中北美和欧洲的专家成立了Armor Synergy集团。目的是制造飞机和装甲车辆以及士兵所需的装甲，以提高美国军用装备的防护能力。Saint—Gobain陶瓷公司Saint—Gobain晶体公司制造了两种革新的陶瓷制品。

陶瓷装甲动态性能研究方法

Dayton大学研究所用计算机模拟方法对冲击破坏进行了许多研究工作。他们认为,对陶瓷材料在冲击载荷下的变形和断裂机理的精确描述是计算机模拟研究的关键。由于高速率的特性不能预测,因此进行了一系列试验工作。 采用的方法有两种。第一种为飞板冲击(平板撞击)。

俄战车将装备新一代陶瓷装甲

俄罗斯企业开始为本国战车生产新一代防弹材料，其性能毫不逊于世界上最好的同类产品。

美海军研究实验室研制出新型陶瓷装甲玻璃

据美国海军研究实验室报道，为了对人员和装备提供必要的保护，美国防部正寻求能用于装甲窗口的高透明度材料。鉴于以上要求，美国海军研究试验室（NRL）的科学家们研发出了纳米晶尖晶石制造工艺，使其硬度比现有军用车辆中使用的尖晶石装甲材料高50％。NRL的纳米晶尖晶石项目论证了：只要将晶粒尺寸减小到28nm，就能提高透明陶瓷材料的硬度，使尖晶石硬度达到前所未有的高度。这种硬度更佳的尖晶石材料可用于制造更好的军用车辆装甲窗口，能为作战人员和传感器等装备提供保护，并兼具其它优点。

三层组合陶瓷复合装甲的抗侵彻性能及其损伤机制

为了研究相同面密度下Kevlar/SiC-TC4-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合靶板的复合结构参数对其抗弹性能的影响和失效机理,选用4组不同厚度组合的靶板试样,并使用12.7 mm穿燃弹以相同着靶速度(488 m/s)进行弹道冲击实验。使用扫描电子显微镜(SEM)研究复合装甲板在弹道侵彻下的损伤模式。实验结果表明:在所述实验条件下8 mm+2 mm+10 mm厚度组合的Kevlar/SiC-TC4-UHMWPE复合靶板是最佳的抗侵彻工程应用结构;在同等面密度条件下,将1 mm厚陶瓷替换成同等面密度的TC4钛合金背板(约0.5 mm厚)时,复合装甲板的抗弹道侵彻性能提升了约29.69%,可见钛合金的结构参数对复合装甲板抗弹性能的影响权重大于SiC;钛合金背板面密度的增加不仅增强了对陶瓷的支撑作用,而且增加了弹-靶作用时间,提升了复合靶板的整体防护性能;12.7 mm穿燃弹侵彻后复合装甲板的损伤模式包括SiC碎裂、钛合金背板少量隆起变形及十字形拉伸撕裂损伤、UHMWPE层合纤维背板剪切断裂、层间分离和纤维拉伸;在整体复合装甲的设计中,应将高抗剪材料放置在背板的前几层,将高抗拉材料放置在背板后几层,以充分利用每种材料。

陶瓷复合装甲的研究现状及发展

陶瓷复合装甲是现有复合装甲中的主体,被广泛应用于轻型坦克装甲车辆、武装直升机等的装甲防护及单兵人体防护。本文结合传统陶瓷复合装甲技术面临的主要问题,通过分析近年来的研究热点和发展现状,对未来陶瓷复合装甲技术的发展方向进行了展望。

陶瓷复合装甲弹道极限速度与抗重复打击性能研究

为研究某型轻质陶瓷/纤维复合装甲(碳化硼陶瓷/碳纤维/芳纶/超高分子量聚乙烯)抗12.7 mm穿甲燃烧弹打击的能力,试验得到了单发12.7 mm穿甲燃烧弹侵彻轻质陶瓷/纤维复合装甲的弹道极限速度。借助LS-DYNA软件建立枪弹侵彻陶瓷复合装甲的有限元模型,采用有限单元-光滑粒子耦合算法(FEM-SPH)计算了其极限穿透速度,分析得到了侵彻过程中陶瓷复合装甲的响应特性,仿真弹道极限速度结果与试验的误差小于5%,验证了模型的合理性。在此基础上进一步研究了靶板的有效防护区域分布和抗双发枪弹重复打击的能力及其影响因素。结果表明:陶瓷复合装甲平面内抗弹性能并不一致,受弹着点位置影响可大致分为中心区、偏心区和边缘区。偏心区整体抗侵彻性能优于中心区,但是背板变形量更大,平均增加了约30%,复合材料层间分层破坏明显;边缘区由于不能形成完整的陶瓷锥,抗侵彻性能最差,不能形成有效防护。靶板抗双发枪弹打击的能力受着靶间距的影响,当枪弹同时着靶时,若着靶间距不小于4倍弹体直径,靶板可以抗双发枪弹重复打击;当枪弹先后着靶时,若着靶间距不小于6倍弹体直径,靶板可以抗双发枪弹重复打击。

多孔钛合金夹芯层陶瓷/UHMWPE复合结构的抗侵彻性能

陶瓷/纤维复合装甲的纤维背板由于其刚度较低,无法为陶瓷面板提供足够的支撑,削弱了陶瓷面板对弹丸的侵蚀作用。为了增强复合装甲的整体结构刚度,在陶瓷/纤维复合装甲中加入了金属夹芯层材料,通过试验和数值模拟研究了夹芯复合装甲对12.7 mm穿燃弹的抗弹性能。试验结果表明,穿燃弹弹芯表现出脆性断裂的失效模式,复合材料装甲表现出多种失效模式,包括夹芯层的花瓣形扩孔,UHMWPE(ultra-high molecular weight polyethylene)层压板的分层和凸起变形。建立了三维数值模型来分析整个弹道响应的演变,通过试验结果验证了模拟的准确性。模拟结果表明,12.7 mm穿燃弹的被甲会对陶瓷造成损伤,同时陶瓷会侵蚀弹芯的尖卵形头部,使弹芯头部变钝从而削弱弹芯对UHMWPE背板的侵彻能力。残余弹体的动能大部分由UHMWPE层吸收,UHMWPE层压板的失效模式会随着层数的增加由剪切失效转变为拉伸失效占主导地位。此外,作为夹芯层的多孔TC4板能够为陶瓷面板提供支撑,提高陶瓷面板的吸能效果以及弹体的侵蚀作用,并且12 mm孔径的TC4夹芯层能够提供更大的刚度支撑,使整体复合结构的吸能效率提升10%。

TiC-TiB_2细晶陶瓷装甲抗钨合金长杆动能弹侵彻试验

通过超重力下燃烧合成工艺制备出不同厚度的TiC-TiB2细晶复合陶瓷,并对TiC-TiB2陶瓷靶板进行径向与纵向约束。经钨合金长杆动能弹进行弹道测试表明,当陶瓷靶板厚度小于12mm时,长杆弹侵彻过程仅包括初始撞击阶段和稳态侵彻阶段,使得陶瓷抗动能弹侵彻能力较差;当陶瓷靶板厚度大于12mm时,弹丸的侵彻过程主要受稳态侵彻与非稳态侵彻(弹丸减速与磨损加速)控制,使得长杆动能弹质量与动能急剧衰减,进而提升陶瓷靶板的抗侵彻能力。

连结状况对陶瓷复合装甲抗弹性能的影响

连结状况对陶瓷复合靶板抗弹性能的影响,从应力波角度分析。并在试验基础上,采用LS-DYNA程序数字模拟7.62mm穿甲子弹不同工况下侵彻陶瓷复合装甲,分析不同粘结剂和不同粘结层厚度的影响。背板波阻抗大于或接近陶瓷面板,有利于提高复合靶板的整体抗弹性能。波阻抗较大的材料,有利于压缩波的透射。合适的粘结层厚度能使陶瓷保持完整性,延缓陶瓷锥的形成,并扩大背板塑性变形区。

长杆弹撞击装甲陶瓷的界面击溃效应数值模拟

利用动力有限元软件AUTODYN模拟了长杆弹撞击装甲陶瓷的界面击溃效应及其影响因素。在验证计算模型、参数及算法可靠的基础上,模拟研究了长杆弹头部形状、盖板、陶瓷预应力等对界面击溃效应的影响规律。结果表明:平头、球形和锥形头部形状长杆弹界面击溃/侵彻转变速度有显著差异;增加盖板及对陶瓷施加预应力均可减小陶瓷的损伤破坏程度,提高陶瓷的界面击溃/侵彻转变速度,提高装甲陶瓷抗弹能力。

陶瓷装甲材料动态力学研究进展

陶瓷材料以其"高硬度、高强度、高韧性、低密度"的"三高一低"优异特性,现已成为主要装甲防护材料之一。基于国内外陶瓷材料动态力学特性与损伤失效机制的研究成果,探讨不同应力状态下陶瓷材料动态断裂、失效过程及动态力学行为,分析陶瓷动态冲击应力-应变关系,指出目前国内外陶瓷动态断裂韧性的测试方法,重点论述陶瓷材料动态力学发展方向、研究重点及其对陶瓷装甲材料改性的影响效应。

金属蜂窝增强陶瓷复合装甲抗侵彻性能研究

为了提高传统层叠金属陶瓷复合装甲的抗侵彻性能,设计了一种由金属蜂窝骨架、陶瓷、金属板及环氧树脂胶结剂所组成的新型复合装甲结构。通过数值模拟研究钢质弹丸正侵彻和斜侵彻该型复合靶板时的抗侵彻性能,并与层叠金属陶瓷复合靶板进行对比分析。结果表明:金属蜂窝骨架吸收了弹丸大量能量,同时配合环氧树脂胶结剂对陶瓷进行约束,大幅度提高了复合装甲的抗侵彻性能;与层叠金属陶瓷复合靶板相比,金属蜂窝陶瓷复合靶板具有更优异的抗斜侵彻能力。

陶瓷/金属复合装甲抗弹约束效应述评

通过对陶瓷/金属复合装甲及其陶瓷约束的介绍,综述了陶瓷复合装甲的抗弹性能表征和3种陶瓷约束(轴向、侧向和三维约束)对抗弹性能及机理的影响.作者认为,采用金属铸造工艺制备金属封装陶瓷复合装甲具有潜在的应用前景,同时应加强对新型陶瓷复合装甲的综合抗弹性能表征、动力学特性、结构优化设计等方面的研究.

不同背板对陶瓷复合装甲抗弹性能影响的研究

用12.7mm穿燃弹对几种不同背板的陶瓷复合装甲进行了实弹射击试验,以研究复合装甲中陶瓷与背板组成的界面对其抗枪弹性能的影响。试验中在有效弹速下,以弹丸在后效板上的垂直残余穿深来作为衡量陶瓷复合装甲抗弹性能的指标。陶瓷复合装甲由Al2O3陶瓷层和不同密度的均质材料组成。根据试验结果及对其的分析讨论,看出随着背板材料声阻抗的提高,界面阻止弹丸侵彻的能力也是降低的。

轻型陶瓷/金属复合装甲抗弹机理研究

为探讨轻型陶瓷复合装甲抗弹机理,采用弹道冲击试验研究了高速破片冲击下轻型陶瓷/金属复合装甲的冲击响应,对弹体、陶瓷面板及金属背板的破坏现象进行了物理描述和唯象分析,指出了陶瓷面板和金属背板的破坏模式,分析了陶瓷/金属复合装甲的弹道吸能机理及抗弹性能。结果表明,锥形碎裂是陶瓷面板的主要破坏模式,其宏观裂纹主要有:径向、环向及与初始表面法线方向约65°夹角向外扩展的锥形裂纹;此外还会形成与背表面法线间的夹角约为65°的倒锥形断裂面。背板的变形范围、破坏程度及破坏模式均与船用钢靶板有较大区别,当弹速低于靶板弹道极限时,背板变形模式为隆起-碟型变形,当弹速大于靶板弹道极限时,随着陶瓷面板相对厚度的增加,金属背板的破坏失效模式有:剪切冲塞失效、碟型变形-剪切-花瓣型失效、碟型变形-花瓣型失效;弹体动能主要耗散在弹体和背板的破坏与变形;弹道极限速度附近,弹体和金属背板破坏吸能量会由于陶瓷面板的相对厚度不同而不同,但他们的总吸能量可占弹体初始冲击动能的90%以上,而陶瓷面板碎裂及反冲击方向喷射的动能小于弹体初始冲击动能的10%。