层间混杂复合材料装甲板防弹性能及其防弹机制

为研究层间混杂复合材料装甲板的防弹性能及其防弹机制,采用钢芯弹侵彻层间混杂复合材料装甲板。以超高分子量聚乙烯（Ultra high molecular weight polyethylene,UHMWPE）纤维、对位芳香族聚酰胺纤维作增强纤维,水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane,WPU）树脂和环氧树脂（Epoxy resin,EP）作基体,采用热压工艺制备单向（Unidirectional,UD）结构的层间混杂复合材料装甲板。研究混杂比例、防弹面和树脂基体对混杂复合材料装甲板防弹性能的影响以及弹击后混杂复合材料装甲板的破坏形貌,分析混杂复合材料装甲板的防弹机制,并对复合材料装甲板的破坏机制进行了分析。结果表明:混杂复合材料装甲板的防弹性能优于其任一单一纤维复合材料装甲板;WPU的防弹性能要优于环氧树脂;以UHMWPE纤维复合材料充当防弹面时,混杂复合材料装甲板具有更好的防弹性能;纤维拉伸变形和装甲板分层是纤维复合材料装甲板主要的吸能方式。      

硬质防弹纤维复合材料的研究进展

本文分三个方面,即高性能纤维的选材、纤维和树脂对防弹性能的影响以及复合材料的整体防弹机理,对硬质防弹复合材料研究中涉及的选材、成型条件和复合方式等因素,进行了较为详细的述评,尤其对超高分子量聚乙烯纤维防弹复合材料的研究给予特别关注,并指出了当前防弹复合材料领域研究的热点.     

弹道防护用先进复合材料弹道响应的研究进展

本文对弹道防护用先进复合材料的弹道响应研究及其在工程领域的应用现状进行了综述。首先,基于工程应用研究的试验结果,对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维、对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维、芳Ⅲ纤维、聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维和聚酰亚胺(PI)纤维等高性能纤维的防弹性能及其复合材料在弹道防护工程领域的应用现状进行了概述,近年来先进复合材料的防弹性能随着纤维力学性能的突破而逐渐提高;其次,讨论了先进复合材料弹道响应的影响因素及其作用机制,发现先进复合材料的塑性拉伸变形是其抵挡弹丸侵彻的主要防弹机制;最后,对弹道防护用先进复合材料的研究方向进行了展望。      

高性能纤维在防弹复合材料中的应用

探讨了纤维增强防弹复合材料的防弹机理,阐述了多种高性能纤维的优势与不足。重点介绍了Kevlar纤维、UHMWPE纤维、碳纤维、PBO纤维以及多种高性能纤维混杂工艺在防弹复合材料中的应用。最后展望了未来纤维增强防弹复合材料的发展方向,指出为满足未来对防弹材料的多方面高性能要求,对各种高性能纤维进行适当混杂是未来高性能防弹材料的发展方向。     

防弹复合材料结构及其防弹机理

探讨了弹块与防弹复合材料的作用机理,分析弹块在侵彻过程中复合材料吸能方式和破坏模式的变化,提出了防弹复合材料的结构设计概念.分别研究了单根纤维性能、织物结构、树脂性能、基体含量和复合材料界面粘接强度等因素对防弹性能的影响,并指出目前存在的不足,以期为今后防弹复合材料的结构设计提供借鉴.     

超高分子量聚乙烯纤维增强防弹复合材料研究进展

介绍了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维的特点、种类及编织结构,分析了UHMWPE纤维复合材料的防弹机理,总结了UHMWPE纤维的编织结构、树脂基体性能、界面性能等因素对防弹性能的影响,归纳了UHMWPE纤维防弹复合材料的优缺点,并对UHMWPE纤维复合材料的发展进行了展望。     

纤维增强树脂基复合材料防弹性能影响因素及破坏机制

以超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)纤维、S-玻璃纤维、芳纶1414纤维和杂环芳纶纤维增强聚烯烃(Polyolefin,PO)和水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane,WPU)树脂,采用热压工艺制备正交单向无纬(UD)结构复合材料装甲板;通过装甲板弹道极限速度测试,研究了纤维增强树脂基复合材料装甲板防弹性能的影响因素;通过体视显微镜观察装甲板侵彻破坏形貌,分析了纤维增强树脂基复合材料的破坏机制。结果表明:UHMWPE纤维增强PO树脂基复合材料的防弹性能与UHMWPE纤维的强度和模量呈正相关,但纤维模量对复合材料防弹性能的影响随着纤维模量的增大而逐渐变弱;在WPU树脂体系下,四种纤维的防弹性能由高到低依次是UHMWPE纤维、杂环芳纶纤维、芳纶1414纤维、S-玻璃纤维;纤维增强树脂基复合材料装甲板中纤维破坏方式有迎弹面纤维被剪切冲塞、中部被纤维拉伸变形后剪切、背弹面纤维被拉伸断裂,中部纤维拉伸变形是消耗子弹动能的主要方式。     

军用防弹防爆方舱主要材料与结构

目的提高军用方舱的防护性能,满足机动作战、立体攻防的总体要求。方法分析军用方舱在现代战争中面临的主要威胁,并对防爆防弹方舱的主要防护材料及防护结构进行对比研究。结论研制成本低、强度高、质量轻、体积小的高性能纤维复合材料和新结构是军用防爆防弹方舱的发展方向。     

高强型聚酰亚胺纤维增强热塑性树脂基复合材料防弹性能研究

采用S35高强型聚酰亚胺(PI)纤维作为增强体，热塑性树脂作为基体，采用热压工艺制备了织物结构和正交单向无纬(UD)结构复合材料靶板，通过弹道极限速度测试和背部变形测试，研究了增强体结构和界面结合强度对PI纤维增强热塑性树脂基复合材料防弹性能的影响。结果表明：高强型聚酰亚胺纤维表现出了优异的防弹性能；UD结构靶板更适用于防铅芯弹；织物结构靶板更适用于防破片；当界面剥离强度由5.45N/cm提高到26.44N/cm时，剥离后界面处的纤维表面形貌的破坏程度逐渐增加。当侵彻体为5.6g铅芯弹时，随着界面剥离强度的提高，复合材料靶板的防弹性能呈现出先提高后降低的趋势；并且靶板的背部变形逐渐减小，进一步证明了界面结合强度对复合材料靶板防弹性能的影响。     

自行火炮复合材料防弹机理分析

分析了纺织复合材料和陶瓷的低速冲击性能，并以此为理论基础，剖析陶瓷／复合材料装甲板受弹头冲击时的防弹机理，并建立此过程的动态分析模型，讨论和预测复合装甲的损伤和破坏，为复合材料在复合装甲上的应用和防弹能力预测提供理论分析依据。     

Delamination Controlled Ballistic Resistance of Polyethylene/Polyethylene Composite Materials

We have investigated ballistic response of polyethylene/polyethylene (PE/PE) composites to impact by Uzi bullets. For comparison, limited work was carried out on PE/aramid fiber hybrids and PE fiber/Polycarbonate plate laminates. The plates exhibited an average ballistic resistance, V ₅₀, of approximately 90 m/s per 1 kg/m² area density. In term of the protection level per thickness, the ballistic resistance was 76 m/s per 1 mm. Visual and microscopic examinations identified indentation and delamination as the prevailing failure mechanisms. The delamination, energy calculated on the basis of a simple delamination model considering the fracture surface energy of the matrix, was shown to fully balance the dissipated kinetic energy of the bullet, while the contribution of the fiber fracture process was negligible. This is taken as strong circumstantial evidence for the significant role of this failure process in the ballistic resistance of these composites.     

Experimental and Numerical Investigations on the Ballistic Performance of Polymer Matrix Composites Used in Armor Design

Ballistic properties of two different polymer matrix composites used for military and non-military purposes are investigated in this study. Backside deformation and penetration speed are determined experimentally and numerically for Kevlar 29/Polivnyl Butyral and Polyethylene fiber composites because designing armors for only penetration is not enough for protection. After experimental ballistic tests, a model is constructed using finite element program, Abaqus. The backside deformation and penetration speed are determined numerically. It is found that the experimental and numeric results are in agreement and Polyethylene fiber composite has much better ballistic limit, the backside deformation, and penetration speed than those of Kevlar 29/Polivnyl Butyral composite if areal densities are considered.     

Ti/Al3Ti金属间化合物基层状复合材料抗侵彻性能数值模拟

采用LS-DYNA非线性有限元软件对Ti/Al₃Ti金属间化合物基层状（MIL）复合材料靶板的弹道侵彻过程进行了数值模拟。考察了等厚度下Ti体积分数、层数和材料梯度分布对复合材料抗侵彻性能的影响。结果表明,Ti体积分数约为20%时,靶板的抗侵彻性能最好。随着层数的增加,复合材料靶板的抗侵彻性能逐渐增强;但超过25层后,靶板的抗侵彻性能逐渐趋于稳定。不同铺层结构功能梯度板的抗侵彻性能相差较大,正向铺层梯度板的抗侵彻性能明显优于等厚均质复合材料靶板。     

芳纶复合材料抗钨球性能研究

通过弹道试验研究了热固性、热塑性两类树脂基体的芳纶复合材料对钨球的抗贯穿性能,分析了芳纶复合材料对钨球的防护机理,并与装甲钢对钨球的防护性能进行对比分析,实验结果表明:芳纶复合材料与装甲钢相比有更加优异的抗钨球性能,相同面密度时,抗钨球性能提高1.5倍左右;相同防护性能条件下,减重可以接近一半.     

UD75防弹板工艺参数与弹道性能的初步研究

分析了不同温度对组成Dyneema纤维增强复合材料的超高分子量聚乙烯纤维丝束拉伸强度的影响。并对UD75防弹复合材料在不同成型压力下的弹道吸能进行了研究。在对成型压力影响的研究中,对UD75复合材料的层间结合力、厚度和体密度进行了分析。结果表明,温度超过123 ℃后拉伸强度有大幅的下降,而成型压力为12.5 MPa时达到最大值。其研究结果对防弹复合材料的合理制备和优化设计提供了很好的参考依据。      

Behavior of Aramid Fiber／Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene Fiber Hybrid Composites under Charpy Impact and Ballistic Impact

The aramid fiber/UHMWPE(ultrahigh molecular weight polyethylene)fiber hybrid composites(AF/DF) were ma-nufactured.By Charpy impact,the low velocity impact behavior of AF/DF composite was studied.And the high velocity impact behavior under ballistic impact was also investigated.The influenct of hybrid ratio on the performances of low and high velocity impact was analyzed,and hybrid structures with good impact properties under low velocity impact and high velocity were optimized.For Charpy impact, the maximal impact load increased with the accretion of the AF layers for AF/DF hybrid composites.The total impact power was reduced with the decrease of DF layers and the delamination can result in the increase of total impact power.For ballistic impact ,the DF ballistic performance was better than that of the AF and the hybrid ratio had a crucial influence.The failure morphology of AF/DF hybrid composite under Charpy impact and ballistic impact was analyzed .The AF/DF hybrid composites in suitable hybrid ratio could attain better performance than AF or DF composites.     

能量平衡法在防弹性能估算中的应用研究

为了合理设置装甲板,并进行有效的性能评估,使用图解方法研究了能量平衡原理在装甲板弹道性能估算中的应用,并以不饱和聚酯树脂基玄武岩纤维增强复合材料和钢为例进行了实验验证,研究表明：估算过程中虽然没有从装甲板的毁伤机理方面研究,并简化了抗弹性能的影响参数,但保证了较高的估算精度,预测速度偏差在50m/s以下,预测相对偏差在10%以下,能够满足工程需要。     

Kevlar层合材料抗弹性能研究

以Kevlar纤维增强层合材料为对象,通过系列弹道冲击实验,研究了层合板的抗弹性能,着重分析了弹头、纤维铺设方式以及板厚等因素对靶板抗侵彻能力的影响,同时对靶板的破坏模式也作了必要的讨论。此外,还通过一种工程近似方法,分析了不同弹头弹丸的弹道极限速度,预测值与实验值具有良好的一致性。     

三维编织复合材料弹道侵彻准细观层次有限元计算

三维编织复合材料相比于层合复合材料有较高的层间剪切强度和断裂韧性,因而具有更高的冲击损伤容限。用钢芯弹对三维编织复合材料作弹道贯穿测试,得到弹体的入射速度和剩余速度,并考察侵彻破坏模式。目前对三维编织复合材料弹道侵彻性能计算主要建立在连续介质假设上,从真实细观结构计算三维编织复合材料弹道冲击性能尚有一定难度,用三维结构复合材料的纤维倾斜模型在准细观结构层次上分解三维编织复合材料,就其中的一块倾斜单向板作弹道侵彻有限元计算,由弹体动能损失得到贯穿整个复合材料靶体后弹体的剩余速度。有限元计算及与弹道测试结果的比较证明在准细观层次上计算三维编织复合材料弹道冲击性能的有效性。