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。     

陶瓷/铝合金复合装甲倾角效应研究

采用12.7mm穿甲枪弹,进行陶瓷/铝合金复合装甲在不同倾角条件下抗弹侵彻试验,研究倾角效应对抗弹性能的影响。研究结果表明:陶瓷复合装甲的倾角效应为正效应,即随着倾角增大,陶瓷的抗弹性能提高;弹靶作用时陶瓷面板中倒陶瓷锥的形成是陶瓷复合装甲抗弹性能提高的主要原因。     

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。     

陶瓷复合装甲不同区域抗弹丸穿甲能力试验研究

为优化设计陶瓷/高强钢/铝合金复合装甲板,研究了陶瓷/钢/铝合金复合结构中陶瓷面板不同区域抗12.7mm穿甲子弹垂直侵彻的性能。通过弹道试验得到装甲的垂直穿深、钢背板的变形和穿孔模式等。结果表明,弹着点对靶板抗弹机理有重要影响,弹着点在中心区和偏心区时,可以形成陶瓷锥,粉碎区完整;当弹着点在边界区时不能形成陶瓷锥,靶板的抗弹能力显著下降。     

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。     

B4C陶瓷/UHMWPE复合材料防护性能数值模拟分析

为提升复合装甲抗弹性能,用Autodyn软件建立二维模型,通过SPH算法对单一UHMWPE纤维复合材料靶板进行数值模拟,研究其侵彻机理和破坏模式,对B4C陶瓷/UHMWPE复合材料靶板的5种结构进行侵彻性能仿真预测,并验证模拟结果.结果表明:迎弹面应选刚度和硬度高的材料,当用B4C陶瓷时,B4C陶瓷与UHMWPE复合材料靶板厚度比为4:10,抗弹性能最佳.试验结果与模拟结果一致性较好.     

陶瓷约束效应对复合装甲抗弹性能的影响

在陶瓷复合装甲的制备中,陶瓷的约束工艺是影响陶瓷复合装甲抗弹性能的主要因素,合理有效的三维约束,能提高陶瓷复合装甲抗弹性能。探讨陶瓷形状、尺寸,复合胶强度,增强纤维排列、铺设,背板刚度等复合工艺要素对抗弹性能的影响。试验结果表明,采用优化约束工艺制备的陶瓷复合装甲板抗弹性能良好,并具有抗多发弹打击能力。     

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。     

射流斜侵彻陶瓷复合装甲的数值模拟和实验研究

采用ALE算法对射流斜侵彻陶瓷复合装甲的过程进行了模拟研究。通过研究不同靶板倾角和不同陶瓷厚度下射流斜侵彻的剩余速度．得到了射流剩余速度随装甲倾角和陶瓷厚度变化的曲线．陶瓷复合装甲的抗射流斜侵彻能力随装甲倾角和厚度的增加而增强。实验验证表明，射流斜侵彻陶瓷复合装甲的剩余速度数值计算基本一致，其斜侵彻形态也基本相同。     

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.     

陶瓷复合装甲抗14.5mm穿燃弹侵彻性能

大口径反装甲杀伤武器在战场上发挥着越来越重要的作用,对装甲材料和结构设计提出了更高要求.为探究陶瓷复合装甲在14.5 mm穿燃弹侵彻作用下的抗弹机理与抗弹性能,设计一种铺层顺序为陶瓷/纤维/金属/柔性芯材/金属的复合装甲结构,采用试验研究方法分析厚度匹配、底板材料和柔性芯材3个因素对其抗弹性能的影响.结果表明:陶瓷面板...     

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。     

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。     

陶瓷/金属复合装甲抗侵彻研究进展

对陶瓷/金属复合装甲抗侵彻研究的主要关注问题进行了归纳和分析,详细介绍了陶瓷面板材料、面板与背板的相对厚度、粘结层及约束陶瓷面板对陶瓷/金属复合装甲抗弹性能的影响;指出了在研究陶瓷/金属复合装甲时存在的问题,为陶瓷/金属复合装甲抗侵彻研究提供参考。     

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%。     

“效-费”比原则在陶瓷材料选择及复合装甲设计中的运用

对适合于作装甲的陶瓷材料的抗弹性能及价格进行了分析,并在此基础上选出了效一费比高的陶瓷装甲材料.通过陶瓷在装甲中的位置及用量对抗弹性能的影响分析,提出了具有最佳"效-费"比的复合装甲结构.     

弹丸垂直侵彻陶瓷/金属复合靶板的简化模型

根据薄板在冲击载荷作用下的动力响应理论,利用能量法建立了陶瓷／金属复舍靶板抵抗小型穿甲弹侵彻的理论分析模型．在给定的靶板条件下,该模型可以模拟在冲击载荷作用下的复合靶板的弹道极限速度,并分别对铝板和钢板做背板的复合靶板进行了试验验证;同时,在相同的面密度下,比较了不同背板的抗弹效果,实验结果和数值结果吻合较好．