多层异质陶瓷复合靶板抗侵彻试验及数值模拟

为研究结构形式及泡沫铝夹芯对多层异质陶瓷复合靶板抗侵彻性能的影响,根据DOP试验方法,利用14. 5 mm穿甲弹对4种不同结构多层异质陶瓷复合靶板进行侵彻试验研究,通过数值仿真对4种结构靶板抗侵彻性能进行模拟,验证模型的正确性,并分析泡沫铝厚度对复合装甲结构抗侵彻性能的影响。结果表明:10 mm陶瓷+10 mm芳纶+6 mm 616装甲钢的防护性能最优,泡沫铝夹芯结构有助于减小陶瓷板损伤面积,提升抗多次打击能力;装甲钢作为芳纶支撑板,有助于增加弹丸侵彻阻力;泡沫铝厚度对靶板防护性能影响显著。     

含水介质装甲对聚能射流防护性能研究

为提高匀质装甲抗聚能射流性能,提出一种新型的含水介质装甲结构。通过 LS-DYNA 软件对聚能射流对含水介质装甲的侵彻过程进行仿真,对比分析匀质装甲和含水介质装甲的防护性能,并对前置装甲的厚度进行优化。结果表明：含水介质装甲较匀质钢装甲能大大增强装甲的防护性能,通过合理设计前置装甲的厚度可进一步提高对聚能射流的防护能力。     

橡胶复合靶板抗射流的侵彻防护效能实验研究

采用φ56 mm破甲基准弹来固定射流参数,通过DOP实验,研究了不同夹角、不同夹层厚度和不同夹层材料情况下橡胶基复合装甲抗射流侵彻的空间防护能力、质量防护能力和差分防护能力,通过X光观察了射流侵彻复合装甲后射流断裂和变形情况.分析了倾角、橡胶夹层厚度和夹层材料对复合装甲抗射流侵彻性能的影响原理,结果表明,橡胶复合装甲在...     

装甲间隙效应对长杆弹性能的影响研究

采用LS-DYNA 3D软件对弹丸正、斜侵彻单层靶及等厚度双层间隙靶板进行了数值模拟研究.从剩余动能的角度分析了弹丸的侵彻能力,进而得到装甲间隙对防护性能的影响.结果表明:弹丸垂直或小倾角侵彻装甲时,单层板的抗弹性能优于等厚度间隙靶,垂直侵彻时,间隙大小不影响装甲抗弹性能,斜侵彻时,间隙大小与弹长的比值影响抗弹性能.     

间隙对陶瓷复合装甲抗侵彻性能影响研究

为研究间隙对陶瓷复合装甲抗侵彻性能的影响,利用显式有限元分析程序AUTODYN-3D,采用基于SPH方法进行数值研究计算。分析侵彻陶瓷复合装甲过程中材料的失效情况,呈现弹体钝化、陶瓷材料飞溅、背板隆起等物理现象;分别研究垂直侵彻和斜侵彻时陶瓷层和背板之间存在间隙对侵彻的影响。结果表明:对于垂直侵彻,存在一个提高抗侵彻能力的最优间隙值;对于斜侵彻,垂直和水平方向分别存在一个最优抗侵彻间隙值。     

陶瓷复合靶板抗侵彻性能试验及数值研究

为研究叠层复合靶板结构对防护性能的影响机理,对两种不同排布结构的靶板进行侵彻试验及数值模拟研究。根据DOP(depth-of-penetration)实验方法,进行14.5 mm穿甲弹对10 mm厚氧化铝陶瓷+10 mm芳纶板+6 mm 616装甲钢以及10 mm厚氧化铝陶瓷+6 mm 616装甲钢+10 mm芳纶板两种结构靶板的侵彻试验研究,通过数值模拟进一步分析弹丸侵彻不同排布结构的靶板变形破坏过程。结果表明:两种靶板结构中前者防护性能优于后者,其防护系数分别为3.41和3.30;装甲钢作为芳纶支撑板,有助于增加弹丸侵彻阻力;芳纶位于陶瓷板及装甲钢之间,有助于缓解二次冲击对陶瓷板的损伤。     

防弹装甲中的陶瓷材料

近10年来,陶瓷材料在防护装甲上的应用逐渐增长,已经成为装甲防护材料的主要选择。材料体系从最初的氧化铝、碳化硅、碳化硼陶瓷向多元化、复合化发展,具有高硬度和高韧性的新型材料不断涌现,以应对更高级别的威胁。从防弹装甲弹道耐冲击性能的要求出发,综合比较分析单相陶瓷、多相陶瓷、纤维增韧陶瓷材料和透明陶瓷的性能特点和制备技术,以期为防弹装甲的材料选择提供参考,并对防弹陶瓷的发展进行展望。     

胞元结构液态复合装甲对射流的干扰特性

为了提高坦克防护装甲的高级别防护能力,应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对射流侵彻胞元结构液态复合装甲的过程进行数值模拟.分析不同的胞元高度和靶板倾角对胞元结构液态复合装甲抗射流侵彻性能的影响,研究液体的径向汇聚和飞溅对射流的干扰情况,以及面板、背板的鼓包变形情况;并通过射流垂直侵彻液态复合装甲的剩余穿深试验,验证了数值计算模型的可靠性.研究结果表明:复合装甲内部液体的径向汇聚和飞溅都会影响射流的稳定性,降低射流的剩余侵彻能力,增加胞元高度和复合装甲的倾角都能降低射流稳定性,可有效提高液态复合装甲的防护性能.     

陶瓷/泡沫铝/铝合金复合装甲抗射流侵彻性能

为研究泡沫铝复合装甲抗侵彻性能,根据应力波传播特性对陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构进行了理论分析。从不同泡沫铝夹芯厚度、相同厚度复合装甲下不同前后板厚度及布置方式和复合装甲倾角三方面研究了该复合装甲能量吸收规律、射流头部剩余速度以及不同倾角下装甲的防护性能。结果表明,泡沫铝作为夹芯层可充分降低复合装甲背板质点速度。同一倾角θ下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度减小。泡沫铝厚度为2.4 mm时,射流头部剩余速度最低,复合装甲能量吸收最多,抗侵彻性能最优。同一泡沫铝厚度下,随着t_1/t_2值的增大,接触式复合装甲与间隔式复合装甲的射流头部剩余速度均先降低后增加。t_1/t_2=1时,间隔式复合装甲的抗侵彻性能最优。当仅布置方式不同时,间隔式与接触式复合装甲抗射流侵彻性能的差别较小。随着倾角θ的增大,复合装甲的防护性能先增强后降低。倾角为20°时,复合装甲抗射流侵彻性能最优。     

93钨破片高速侵彻陶瓷/铝合金复合结构实验研究

利用二级轻气炮驱动正方体93钨破片速度到2150m/s,分别高速侵彻碳化硼/铝合金复合防护结构靶板、叠层铝靶板和间隔铝靶板。根据靶板在侵彻后的损伤与破坏分析,定量得到3种防护结构防护性能的差异,为爆炸容器的闪光照相防护窗口设计提供重要参考。     

93钨破片高速侵彻陶瓷/铝合金复合结构实验研究

利用二级轻气炮驱动正方体93钨破片速度到2 150 m/s,分别高速侵彻碳化硼/铝合金复合防护结构靶板、叠层铝靶板和间隔铝靶板。根据靶板在侵彻后的损伤与破坏分析,定量得到3种防护结构防护性能的差异,为爆炸容器的闪光照相防护窗口设计提供重要参考。     

弹丸侵彻双层不同材质靶板的数值模拟

为加强装甲目标的防护能力及提高靶板的抗侵彻性能,对弹丸侵彻双层不同材质靶板进行数值模拟。建 立弹丸侵彻靶板的几何和仿真模型,采用ANSYS/LS-DYNA 软件,比较了3 种不同材料靶板的抗侵彻能力,对不 同材质的双层有、无间隔靶板组合的抗侵彻性能进行数值模拟,并对比了靶板排列顺序不同对靶板组合抗侵彻性能 的影响。模拟结果表明：双层不同材质的靶板组合的抗侵彻能力与两层靶板的材质和排列方式有关,双层间隔靶板 组合比双层无间隔靶板组合的抗侵彻性能更好。     

结构间隙对芳纶纤维增强复合装甲结构抗侵彻性能的影响

采用由5 mm厚的前置钢板、60 kg/m²面密度的芳纶纤维增强复合材料层合板抗弹芯层、10 mm厚的后置钢板构成的夹芯式复合装甲结构,模拟舰船舷侧复合夹芯舱壁结构。根据面板与芯层间有无50 mm的间隙,将复合装甲结构分为无间隙式、后间隙式、前后间隙式3种结构型式。开展了复合装甲结构在质量40 g、最高初速约为1 630 m/s的高速圆柱体弹丸冲击下的抗侵彻性能实验,提出了钢质面板和芳纶纤维增强复合材料层合板芯层的破坏模式,研究了复合装甲结构的抗侵彻机理,对比分析了同一穿甲载荷冲击下3种复合装甲结构的抗弹性能。结果表明：前置面板的破坏模式主要为剪切冲塞;面板与芯层之间的间隙对芳纶纤维增强复合材料板的破坏模式及钢质背板的变形量影响较大、对前置面板影响较小;同一穿甲载荷冲击下,间距的存在有利于复合装甲结构综合抗侵彻性能的提高。     

长杆弹垂直侵彻复合装甲机理的研究

为抵抗动能弹和破甲弹的侵彻，在车辆关键部位的防护采用复合装甲。根据长杆弹垂直侵彻均质半无限靶板的理论，建立了长杆弹垂直侵彻多层复合装甲的简化模型，对侵彻深度进行了数值模拟，讨论了陶瓷和玻璃钢厚度对复合装甲抗弹效果的影响，并通过实验研究加以验证，实验结果和数值模拟结果吻合较好。     

撞击位置对陶瓷/纤维复合材料板抗弹评价的影响

为了准确表征陶瓷/纤维轻型装甲复合材料的抗侵彻性能,提高抗弹性能评估的可靠性,通过12.7 mm穿甲燃烧弹打击侵彻被测靶板的DOP试验方法,以质量防护系数表征分析了陶瓷/纤维复合装甲板在不同打击位置的抗侵彻能力。数据表明:以陶瓷片铺层的复合装甲板在不同打击点的抗弹性能分散性较大,存在抗侵彻典型区域和危险点,弹体着靶位置影响对其抗弹性能的评价。只有充分考虑危险点的试验数据,陶瓷/纤维复合装甲板的抗弹性能试验评估才能更准确、可靠。     

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1 000 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1 000 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。     

Al2O3基陶瓷抗弹性能的研究

以添加ZrO2的Al2O3基陶瓷材料为研究对象,经过成分优化设计以及成型、烧结工艺优化设计,制备出性能高且稳定的材料;并采用模拟穿甲弹和破甲弹对装甲钢、几种陶瓷材料进行了对比试验,测定了防护系数;并分析了几种材料抗穿、破甲弹防护系数不同的原因。     

船用轻型陶瓷复合装甲抗弹性能实验研究

为探讨舰艇抵御高速破片弹遭侵彻的装甲防护结构,设计船用钢装甲和3种陶瓷复合装甲结构,并采用弹道冲击实验,研究其在高速破片冲击下的抗弹性能。结果表明:高速破片穿透普通舰艇结构后仍具有较强杀伤威力,必须为舰艇设置专门防护装甲抵御高速破片的冲击;高速破片冲击下,船用钢装甲的破坏模式为延性扩孔和剪切冲塞的组合形式;增加陶瓷面板后,钢背板的冲击响应类似于低速卵形弹冲击下的薄板穿甲,变形范围和变形程度大大增加,其变形失效模式有蝶形变形和花瓣开裂型穿甲,此外陶瓷对弹体的侵蚀、钝化及碎裂能大大降低弹体的侵彻能力,碎裂陶瓷锥的运动还将吸收部分弹体动能,降低弹体剩余速度,并和剩余弹体共同冲击背板;陶瓷复合装甲的单位面密度吸能量较船用钢提高35%以上,其结构质量较船用钢装甲轻25%以上。     

铝-镁-铝轻质金属层状复合靶抗弹性能

为了对比铝-镁-铝三明治结构复合靶与等厚度铝合金靶的抗弹性能,研究铝-镁层状复合靶用于装甲防护的可行性,提出使用镁合金替代部分铝来降低铝合金装甲质量的方法。采用爆炸焊接法制备铝-镁-铝层状复合板,并通过实验测试和数值模拟分析其抗弹性能及机理。基于残余穿深法,对铝-镁-铝层状复合靶与AZ31镁合金靶、2024铝合金靶和铝-镁-铝层叠接触靶进行对比实验,并对枪弹侵彻不同类型靶板的过程进行数值模拟以验证实验结果,进一步研究了界面结合强度对层状复合靶板抗弹性能的影响。结果表明：在等厚度条件下,铝-镁-铝层状复合靶具有与2024铝合金靶相当的防护效果,但比2024铝合金靶减轻23%以上;界面结合强度可以提高层状复合靶的抗弹性能,具体表现为随着界面结合强度的增加,靶板通过整体变形来使抵抗弹头侵彻能力增强。     

陶瓷复合装甲抗超高速破片试验研究

针对装甲车辆对超高速破片的防护需求,设计两种碳化硅陶瓷复合装甲,采用25 mm弹道炮和2 000 m/s的钨合金破片模拟弹进行靶试试验,考核两种结构抗超高速破片侵彻的防护能力。研究结果表明:碳化硅陶瓷在2 000 m/s以上的弹丸速度水平下具有高效的抗侵彻能力;面密度约为135 kg/m2的碳化硅陶瓷复合结构,可实现对2 000 m/s钨合金立方体破片模拟弹的有效防护。