TiB2-B4C复合陶瓷动态压缩特性研究

为分析TiB₂-B₄C复合陶瓷的静动态力学性能及添加剂TiB₂的影响机制,设计了静动态压缩实验和平板撞击实验,开展了复合陶瓷在不同应变率下的动态压缩特性研究。结果表明：一维应力波加载下TiB₂-B₄C复合材料具有陶瓷材料的脆性特征,应力-应 变曲线呈典型的线性关系;由一维应变加载下试样的自由面速度历程可知,复合材料的Hugoniot弹性极限在14.98~16.91 GPa之间,且随着应变率的增加而增加;应变率低于10³ s^-1时,TiB₂-B₄C复合材料的动态压缩强度高于单相B₄C和单相TiB₂陶瓷,且具有正相关的应变率敏感性,复合材料强度的提升得益于微观结构的改善,而应变率敏感性主要受添加剂TiB₂的强化增韧媒介影响;然而,应变率高于10⁴ s^-1时,TiB₂-B₄C复合材料的Hugoniot弹性极限接近基体B₄C陶瓷,而受添加剂TiB₂的影响较小。     

人体防护装备用碳化硼抗弹陶瓷应用探析

碳化硼（B₄C）陶瓷具有高强度、高耐磨、高硬度和低密度的“三高一低”特性,是最理想的装甲陶瓷材料。针对人体防护装备对高性能、轻量化抗弹陶瓷的应用需求,综述了B₄C抗弹陶瓷的应用研究进展。分析了抗弹陶瓷防弹性能影响因素,综合比较了各种烧结工艺的优缺点,总结了烧结助剂体系和陶瓷增韧技术途径,并对B₄C抗弹陶瓷应用中面临的挑战与发展需求进行了展望。     

TiB2/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料界面结构与防弹机理

为了不断提升装甲车辆的防护效能,采用超高重力场反应加工技术,实现TiB₂基陶瓷与Ti-6Al-4V的熔化连接,制备出TiB₂/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料。通过X射线衍射（XRD）与场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察、残余穿深（DOP）实验及数值理论分析,研究其界面结构对防弹性能的影响。XRD和FESEM结果表明,在TiB₂/Ti-6Al-4V的连接界面上,TiB₂、TiB陶瓷相自陶瓷侧逐渐过渡至钛合金侧,呈现梯度复合特征。经对TiB₂基陶瓷与TiB₂/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料进行DOP试验,二者防护系数分别为3.05和7.30. 相比于TiB₂基陶瓷,TiB₂/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料的防弹性能大幅提高。陶瓷与钛合金连接区的梯度复合结构缓解了TiB₂/Ti-6Al-4V之间声阻抗失配状况,提高其剪切强度,在表观上使防弹性能得以显著提升。     

组合间隙对纤维/陶瓷复合板抗弹性能的影响

为了研究纤维/陶瓷复合材料板与装甲钢背板的组合间隙对其抗弹性能的影响,进行了纤维/陶瓷复合材料板抗穿甲弹性能试验,发现组合间隙对复合材料板抗穿甲弹侵彻能力存在一个快速转变区,同时分析了成因机制.研究认为,组合间隙对纤维/陶瓷复合材料板抗弹性能的负面影响是明显的,组合间隙对复合板抗侵彻能力的影响程度与陶瓷片的厚度有关.     

SiC_W/Al_2O_3陶瓷复合材料的力学性能与增韧机理

研究了热压烧结SiC晶须(SiC_W)增韧Al_2O_3~-陶瓷复合材料的力学性能及增韧机理。结果表明:复合材料的维氏硬度,抗弯强度,断裂韧性及弹性模量均比纯Al_2O_3~-陶瓷有明显的提高,而且随着SiC_W含量的增加均连续提高。当SiC_W加入量达30vol％时,维氏硬度,抗弯强度,断裂韧性及弹性模量分别由基体的14.6GPa,235MPa,4.7MPam~(1/2)和401GPa提高到18.7GPa,634MPa,8.0MPa·m(?)和454GPa。弯曲断口形貌及裂纹扩展途径观察结果表明:晶须拔出桥接与裂纹偏转是主要的补强增韧机制。     

基于反向传播神经网络的陶瓷损伤参数反演分析

陶瓷材料冲击加载条件下的损伤累积过程伴随着裂纹扩展、体积膨胀等因素,为准确获取陶瓷损伤参数,以钨合金球弹丸高速撞击陶瓷复合装甲的侵彻深度实验为基础,获得了陶瓷面板破碎情况。根据现有文献\[14\]数据中陶瓷材料JH-II本构模型的损伤参数范围,确定了反向传播(BP)神经网络的样本点;采用有限元分析软件AUTODYN对所有样本点的侵彻过程进行数值模拟,结合仿真和实验数据完成了BP神经网络模型的建立和TiB₂-B₄C复合材料损伤参数的反演。仿真结果和实验侵彻深度、回收陶瓷面板的损伤比对,充分验证了所建立的BP神经网络模型对陶瓷损伤参数反演的有效性。     

铝基陶瓷颗粒复合材料的抗弹性能研究

用铝和陶瓷颗粒制成复合材料 ,在 7.6 2mm穿甲弹的侵彻下 ,复合材料的抗弹性能表现为 :当复合材料中的陶瓷颗粒尺寸小于 8mm时 ,防护系数随陶瓷尺寸的增加而缓慢增加 ;当陶瓷尺寸大于 8mm时 ,防护系数随陶瓷尺寸的增加快速增加。在抗弹过程中 ,由于铝对陶瓷的约束作用 ,和铝与陶瓷界面的波阻特性 ,用铝复合陶瓷块制备陶瓷复合材料可以提高复合材料的抗弹性能     

Tc复合弹侵彻陶瓷复合靶的试验与仿真分析

为增加弹丸对陶瓷复合装甲的侵彻能力,在30 mm制式弹头部采用增韧Tc材料,与制式弹进行对比,研究2种不同结构弹丸对标准陶瓷复合靶的侵彻能力,重点分析对比弹头结构和材料对陶瓷复合靶的侵彻。在相同条件下,对比分析制式弹和Tc复合弹对装甲钢板侵彻孔径的影响。采用ANSYS/LS-DYNA进行模拟仿真,模拟结果与试验结果基本吻合,结合仿真结果,进一步分析余速和弹芯剩余质量对弹丸的侵彻能力。     

陶瓷与芳纶层合板叠层结构抗侵彻性能试验研究

为了研究陶瓷与芳纶层合板叠层结构在中高速弹丸侵彻作用下,陶瓷面板对芳纶层合板抗侵彻性能的影响,开展了13.5 g破片模拟弹丸以中高速冲击8 mm厚芳纶板、16 mm厚芳纶板、3 mm厚SiC陶瓷+8 mm厚芳纶板、3 mm厚Al₂O₃陶瓷+8 mm厚芳纶板4种靶板的抗侵彻性能试验。分析了有无前置陶瓷板,芳纶板受到冲击作用后,弹丸及芳纶板变形模式的差异、靶板单位面密度吸能的区别。研究结果表明：前置陶瓷板情况下,弹丸变形较大并伴随着质量磨蚀;前置陶瓷板降低了芳纶板的剪切破坏程度,增加了拉伸变形和层间分层范围;前置陶瓷结构相对于纯芳纶结构在弹速较高时抗侵彻能力较强。     

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。     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

TC复合弹对多层A3钢靶穿甲效应的试验与仿真

为提高弹丸的侵彻威力,在30 mm制式弹弹头部采用增韧TC材料,并与制式弹进行对比,采用DOP试验方法,对2种不同结构弹丸侵彻多层A3钢靶的试验结果进行分析研究。运用冲击动力学理论公式,计算TC复合弹和制式弹在冲击接触钢板瞬间的冲击压力并进行对比。重点分析对比弹头结构、材料对多层A3钢靶的穿甲效应的影响。在相同条件下,对制式弹和TC复合弹对A3钢板的侵彻深度、孔径,以及侵彻后弹芯剩余质量进行了对比分析。运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对侵彻过程进行模拟仿真,并与试验结果对比。结合数值模拟的结果,分别从余速和弹芯剩余质量上进一步分析TC复合弹的侵彻能力。结果表明,TC弹头对弹芯的保护效果明显,为陶瓷材料应用于其他战斗部提供了依据。     

凯夫拉与陶瓷复合结构抗侵彻性能数值仿真

为研究凯夫拉-129(Kevlar-129)材料与氧化铝(Al₂O₃)陶瓷面板复合装甲结构对抗侵彻性能的影响,建立平头弹丸侵彻该复合装甲单元的有限元模型。在数值模拟侵彻过程中,通过改变侵彻体的速度与复合装甲的结构,得到不同速度下的侵彻体速度变化曲线,分析了不同速度侵彻体击穿复合装甲的靶后速度与复合结构对其动能的吸收能力。分析结果表明：Kevlar与Al₂O₃陶瓷的复合装甲结构可以更好地抵抗侵彻;Kevlar夹层的位置对抗侵彻能力有较大影响,可为今后轻质复合装甲板设计提供相关技术参考。     

正六边形钢管约束混凝土靶抗侵彻性能的数值模拟

<正>六边形钢管约束混凝土靶具有优良的抗侵彻性能。基于12.7 mm穿甲弹侵彻试验,运用ANASYS/LS-DYNA软件,分析了正六边形钢管约束混凝土靶的钢管壁厚和边长对抗侵彻性能的影响;考虑效费比,分析了钢管约束混凝土靶的经济性能。结果表明:适当增加钢管壁厚和减小边长可提高正六边形钢管约束混凝土靶的抗侵彻性能;优化钢管壁厚和边长的匹配可以得到较好的抗侵彻能力和经济性,对于该文所用弹丸,较优匹配为边长37.5 mm、壁厚3.5 mm。研究结果可为钢管约束混凝土遮弹结构设计提供参考。     

陶瓷/玻纤复合防护结构层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律研究

为研究陶瓷/玻纤复合防护结构的层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律,文中采用145 mm弹道枪加载方法进行了30 g破片对18 mm厚陶瓷(含有3 mm厚玻纤包裹层)/20 mm厚玻纤复合板的侵彻试验,并获得了破片的最小贯穿速度.同时,通过数值仿真进一步研究了复合板层间位置对抗破片侵彻性能的影响.结果表明,当靶板总厚度为38 mm左右,30 g破片以1 300 m/s的初始速度侵彻陶瓷/玻纤复合结构时,陶瓷板与玻纤板的厚度比在0.9.~1.7之间时其抗破片侵彻能力较好.     

分散介质添加量对氧化铝剥离石墨烯质量的影响

在试验室条件下通过湿法球磨一次合成GNSs/Al₂O₃复合材料。用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)分析测试,研究GNSs/Al₂O₃复合材料中石墨烯的层数分布、质量及其转换效率。结果表明:与干法球磨相比,湿法球磨得到的石墨烯片层更小且薄。随分散介质添加量增加,得到半透明的石墨烯越来越薄,部分极薄石墨烯出现弯曲,得到的寡层石墨烯也越来越多。当分散介质为40 mL时,10层以下石墨烯占比为76%,剥离效果最好。石墨烯转化率随分散介质增多而升高,在分散介质为40 mL时转化率最高。     

刻槽弹体旋转侵彻混凝土效应试验研究

为研究刻槽弹体旋转侵彻混凝土靶的侵彻性能,利用14.5 mm滑膛枪发射平台,进行了非旋转的卵形弹体与刻槽弹体侵彻砂浆混凝土靶试验研究,同时利用14.5 mm线膛枪发射平台,进行了旋转的卵形弹体和刻槽弹体侵彻砂浆混凝土靶和石灰石混凝土靶试验研究。两种发射平台对比试验结果表明：采用卵形弹体头部刻槽和旋转侵彻的方法,使对混凝土目标的破坏从单一的挤压破坏变为挤压与环向剪切联合作用的破坏模式,达到了减少轴向阻力和提高侵彻威力的作用;相比于砂浆混凝土靶,石灰石混凝土靶具有较强的抗侵彻能力。