弹丸低速贯穿纤维与金属组合薄靶板的试验研究

为研究半穿甲战斗部动能侵彻下舰船舷侧复合装甲结构的抗穿甲机理,以均质钢板前置复合材料板模拟舰船舷侧复合装甲结构,采用低速弹道冲击试验,研究了结构的典型破坏模式和吸能机理,分析了前置复合装甲板的面密度对组合结构靶板整体抗穿甲性能的影响。在此基础上,根据靶板的破坏模式,得到了球头弹丸低速贯穿组合靶板的剩余速度预测公式。结果表明,组合靶板在弹丸低速冲击下主要呈现局部破坏,前置复合装甲板的破坏模式主要为纤维拉伸断裂,迎弹面存在少量的纤维剪切断裂,而钢质背板则主要呈现花瓣开裂破坏;组合靶板的整体抗弹性能随前置复合装甲板面密度的增加而提高;将理论预测剩余速度值与实验结果进行了比较,二者吻合较好。     

超短钢纤维混凝土抗侵彻性能的实验研究

开展了半球头杆弹侵彻纤维体积含量分别为0、3%和6%的钢纤维增强混凝土靶板的实验研究,测得了侵彻弹的初始速度和剩余速度,观测和分析了靶板的破坏形态.实验结果表明,随着钢纤维体积含量的增加,杆弹的速度消耗加大,靶板的吸能增加,靶板的破坏程度减弱;超短铜纤维能明显增强混凝土材料的抗侵彻性能,随纤维含量的提高增强效果更佳.     

热固性树脂基玄武岩纤维复合材料性能的研究

为了研究树脂基玄武岩纤维增强复合材料的力学性能,对两批四组试件分别进行冲压式剪切试验,研究每组复合材料试件在准静态下的剪切强度。结果表明:玄武岩纤维增强复合材料在受准静态剪切载荷时,主要破坏形式表现为纤维的拉伸破坏、基体碎裂和分层;不同树脂基体影响复合材料板的剪切强度大小,而不同树脂含量主要影响其承载历程和载荷-应变关系,但树脂含量较低时更会突显玄武岩纤维性能的离散性。     

层合纤维增强复合材料的抗弹性能数值计算研究

以2层Kevlar／Epoxy构成的纤维增强复合材料为例，利用非线性经典层合理论，研究了子层的材料铺层方向对抗弹性能的影响以及复合材料对不同冲击速度的能量吸收，从而得到层合纤维增强复合材料的抗弹特性，得出纤维增强复合板适合于较低速度的冲击防护．     

混杂纤维增强材料板抗侵彻数值仿真及实验验证

本文根据实验研究，提出了混杂纤维增强材料靶板在弹道冲击条件下的数值仿真要求，利用大型通用有限元程序，根据实验中复合材料层合板的破坏模式及破坏机理分析，建立其抗侵彻仿真混合模型。本文采用该模型对靶板抗侵彻过程中的三种影响因素(三种工况)进行计算比较。三种工况包括：(1)层间结合力较强，基体材料失效破裂，导致纤维层分层破坏的模拟；(2)仅考虑层间相互接触力影响的模拟；(3)考虑热效应对纤维及基体材料性能的影响的模拟。计算结果与混杂纤维增强材料板抗破片侵彻的实验现象及实验规律，具有较好地一致性，同时，也证明高速冲击可以作为绝热过程进行考虑。本文仿真计算结果对于较好的理解复合纤维材料靶板中各组成成分对其抗弹能力的影响及优化靶板结构具有重要的工程意义。     

编织复合材料弹道冲击破坏形态及模式

通过观测 1 2× 4型和 1 2× 6型两种厚度 Twaron/环氧四步法三维编织复合材料在 3 0 0～ 70 0 m/ s速度范围内弹道冲击破坏的宏观形态和细观形态 ,发现复合材料在受弹道冲击的入射面以纤维和基体剪切、压缩破坏为主要破坏模式 ,出射面以纤维拉伸破坏为主要破坏模式 .在三维编织复合材料弹道冲击破坏分析计算中 ,破坏模式的确立可使破坏准则的选择更准确合理 ,对进一步改进复合材料抗弹靶体的结构设计和材料设计有指导作用     

芳纶复合材料对球形弹丸的抗贯穿性能研究

以芳纶纤维织物为增强材料、聚氨酯为树脂基体的芳纶复合材料,进行了2.05 g钨合金球、1.03 g钢球和4.50 g钢球的抗贯穿性能研究,并分析了芳纶复合材料对以上3种典型球形弹丸的抗弹性能差异。试验结果表明:芳纶复合材料的抗贯穿性能与测试过程中采用的弹丸种类有关,采用2.05 g钨球时较低,采用1.03 g钢球时较高,采用4.50 g钢球时居中。进而提出了一种新的芳纶复合材料抗贯穿性能表征方法,即直接作用面积比吸收能(PSEA)法。PSEA值在芳纶复合材料受到材质相同的球形弹丸冲击时基本相同,据此在芳纶复合材料对某种球形弹丸的弹道极限速度已知时,可计算出对其它球形弹丸的弹道极限速度。验证结果表明:弹道极限速度的计算值和实测值相差1%~6%.     

高速弹丸冲击下复合材料层合板损伤特性仿真研究

为研究复合材料层合板在高速冲击下的损伤特性,通过有限元仿真方法,分析3种不同厚度的Kevlar纤维层合板及UHMWPE层合板在圆柱体、球体、立方体3种弹丸冲击作用下的变形破坏情况,得到3种层合板主要的总体变形破坏模式,并将结果与试验现象进行对比,明确弹丸初始动能与层合板总体变形破坏模式之间的关系。结果表明:高速弹丸冲击作用下,复合材料层合板的宏观破坏模式有整体弯曲变形、拉伸分层破坏和局部穿透破坏;对于UHMWPE材料,弹丸速度处于总体弯曲变形区与拉伸分层破坏区分界线时的吸能约为弹道极限时吸能的一半,而Kevlar纤维的吸能将超过弹道极限吸能的一半;当层合板受到圆柱体或立方体的冲击时,最大吸能将发生在弹道极限时,而球体的最大吸能发生在弹丸速度大于弹道极限时。     

复合材料层合板的抗弹性能模拟分析

采用有限元软件ABAQUS模拟圆锥头弹体正冲击纤维增强复合材料层合板,分析了不同层数层合板在不同冲击速度下,子弹初始速度和剩余速度的关系以及层合板的等效应力云图和破坏特征云图.结果表明:在保持单层板厚度不变时,增大层合板层数可显著增强层合板的抗弹性能;子弹的剩余速度与初始速度关系曲线变化特征为先突变后平缓变化再呈线性关系;层合板的等效应力的最大值由接触点扩展到四周固定边界,最后到击穿区域周围局部单元;复合材料层合板在高速冲击下直接发生剪切破坏,而在低速冲击下先达到一定挠度然后发生破坏,为纤维拉伸破坏.     

纤维增强树脂基复合材料断口分析

介绍了维增强树脂基复合材料的特点,探讨了纤维增强树脂基复合材料纤维和基体树脂的断口形貌特征、断裂模式,以及断口分析中需要解决的问题。     

织物树脂层压复合材料抗弹性能研究

针对防弹织物树脂层压复合材料的研制，考察了层压复合材料面密度，纤维类型，树脂体系，铺层混杂方式及纤维混杂分数，织物铺层，预置分层等因素对层压复合材料靶板弹道冲击性能的影响。     

颗粒增强钛基复合材料的弹塑性能研究

利用MTS810材料试验机对体积含量为3%的TiC颗粒增强钛基复合材料TP-650及基体钛合金进行了准静态拉伸试验,获得了材料弹塑性变形的应力应变曲线。结果表明,复合材料及基体材料达到屈服后,直至材料的迅速失效,几乎没有应变硬化效应。由断口分析可以看出,TP-650断口平齐,无颈缩现象,断口无韧窝,呈明显的脆性断裂特征,颗粒与基体界面有明显的脱粘现象。最后,基于Mori-Tanaka平均场理论和割线模量法讨论了颗粒增强钛基复合材料TP-650的弹塑性性能,理论预测与试验结果基本吻合。     

复合结构活性破片对双层靶标毁伤效应

研究可承受炸药爆炸加载的活性破片毁伤威力具有实际应用意义。通过14.5 mm口径弹道枪加载试验分析铝粉与聚四氟乙烯复合结构活性破片撞击不同组合形式下双层靶标毁伤效应,并采取多元回归分析方法建立活性破片对前层板的穿孔直径和后层板的扩孔面积经验公式。结果表明：在800~1 400 m/s速度范围内,活性破片撞击前层钢板或铝板形成的穿孔直径随着速度、靶厚增大而增加,而撞击碳纤维复合材料板形成的穿孔直径与速度、靶厚无关,且钢板、铝板、碳纤维复合材料板穿孔直径分别是破片直径的1.25~1.62倍、1.08~1.42倍、1.13倍;活性破片对后层铝板或碳纤维复合材料板呈现扩孔撕裂毁伤模式,且前层板强度越大,撞击速度越高,则扩孔毁伤面积越大,同时对碳纤维复合材料板毁伤应着重考虑背面碳纤维与树脂基体剥离分层模式;建立的毁伤效应经验公式准确、可靠,经试验验证其相对误差控制在5%以内,能够为活性破片对双层靶标毁伤评估提供参考。     

Twaron织物树脂层压复合材料靶板剩余速度的研究

利用MTS801材料测试系统，旋转盘式杆杆型冲击抖动拉伸试验装置和弹道冲击侵彻测试装置，分别对Twaron纤维材料的应变率效应，Twaron织物树脂层压复合材料靶板的准静态和弹道冲击侵彻进行了测试研究，提出了基于准静态侵彻测试结果的预测Twaron织物树脂层压复合材料靶板剩余速度的简单能量模型。     

Zr基非晶合金/W丝复合材料动态断裂模式研究

利用Hopkinson压杆装置(SHPB)和SEM等研究室温下经过不同工艺处理的Zr基非晶合金/W丝复合材料的动态力学性能及断裂模式。结果表明,由工艺4制备的复合材料具有最好的动态压缩性能,在0.8MPa打击压力下,其动态抗压强度达到3965MPa。该复合材料动态压缩断裂模式为混合断裂模式,包括剪切断裂和纵向开裂,W丝呈现劈裂和屈曲特征。     

超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料的热氧老化行为

通过傅里叶变换红外光谱仪、差示量热扫描仪、动态热机械分析仪、万能强力试验机及扫描电镜测试手段探究超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维及UHMWPE纤维/氢化苯乙烯-丁二稀-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）复合材料的热氧老化机理,系统分析老化温度对UHMWPE纤维及其复合材料的结构和热性能、界面性能、机械强度和防弹性能的影响。研究结果表明：老化后的UHMWPE纤 维机械性能与热氧老化温度密切相关,经高温热氧老化后拉伸强度显著下降,但纤维结晶结构基本不变;UHMWPE纤维/SEBS复合材料在70 ℃和90 ℃热氧老化336 h后纤维与树脂界面已发生破坏;在90 ℃热氧老化672 h后,UHMWPE复合材料弯曲强度和弯曲模量分别下降了28%和49%;然而,在50 ℃、70 ℃及90 ℃下热氧老化1 344 h后,UHMWPE复合材料防1.1 g标准模拟破片的弹道极限速度v₅₀保持率均高于95%。     

无量纲参数对破片弹道极限速度的影响

为开展93W钨合金破片对616装甲钢侵彻性能的研究,通过弹道枪试验分别对立方破片(底面为正方形)和圆柱破片进行了弹道极限速度测试,并基于试验结果对理论公式进行了修正,修正后的公式可应用于预测破片弹道极限速度。将仿真结果与试验结果进行了对比,验证了材料的可靠性,根据破片初速及剩余速度建立回归方程,外推得到破片的弹道极限速度,并进一步研究了无量纲弹长及无量纲靶厚对弹道极限速度的影响。结果表明,当确定破片及靶板的材料后,弹道极限速度仅与无量纲弹长和无量纲靶厚有关; 当无量纲弹长与无量纲靶厚确定后,破片形状对弹道极限速度的影响非常明显,立方破片更容易穿透靶板。当无量纲靶厚为1.6时,破片正侵彻12 mm厚度的靶板,弹道极限速度随破片无量纲弹长的增加而加大,且无量纲弹长每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约45 m/s; 当无量纲弹长为1.0时,破片正侵彻不同厚度的靶板,弹道极限速度随无量纲靶厚的增加而加大,且无量纲靶厚每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约50 m/s。