某陶瓷/钢复合装甲抗大质量破片侵彻能力研究

陶瓷/金属复合结构装甲具有质量轻、抗弹性能优异的特点,广泛应用于各类轻质装甲中。为得到某陶瓷/钢复合装甲抗大质量破片的侵彻能力,在与已有试验结果对比验证的基础上,运用ANSYS/LS-DYNA软件对大质量破片侵彻该陶瓷/钢复合装甲过程进行数值模拟,分析破片初速、装甲倾角对破片极限穿透速度和后效威力的影响,以及侵彻过程中破片能量变化,获得了该复合装甲的抗侵彻规律,并利用工程算法计算得到装甲防护系数。结果表明：随着装甲倾角的增加,破片极限穿透速度先减小后增大,剩余速度和剩余质量先增大后减小,装甲存在一个“最易侵彻角”;随着破片初速的增加,破片剩余速度呈线性递增,剩余质量呈线性递减;通过工程算法得到该装甲面密度为普通装甲钢的74%,对破片的防护系数达到1.5。     

影响陶瓷装甲抗弹性能的主要因素

根据陶瓷复合装甲的抗弹原理,综述了陶瓷材料性能、陶瓷面板的形状和尺寸、陶瓷装甲的结构形式等主要因素对陶瓷装甲抗弹性能的影响,通过对这些因素的提高和优化来提高装甲的抗弹性能。     

陶瓷复合装甲优化设计及弹击后剩余弯曲强度

根据防护要求和防护机制,设计了一种C/C-SiC陶瓷/铝基复合泡沫复合装甲。在确保复合装甲面密度为44 kg/m²的前提下,以弹击后剩余弯曲强度为评价标准,以陶瓷板布置位置、各组成层厚度、泡沫金属中泡沫孔径尺寸为研究因素,设计了三因素三水平的正交模拟优化方案,利用有限元软件ABAQUS模拟了子弹侵彻陶瓷靶板的过程及弹击损伤后复合装甲的弯曲实验过程,预测了剩余弯曲强度,并进行了结构优化。根据数值模拟结果制备陶瓷复合装甲试样,进行实弹打靶和弯曲实验以验证复合装甲试样剩余弯曲强度。结果表明,以MIL-A-46103E Ⅲ类2A级为防护标准,剩余弯曲强度最高的陶瓷复合装甲最优化结构形式为：陶瓷板厚度12 mm、陶瓷板做防弹面板、Al基复合泡沫孔径为4 mm+10 mm的混合;对剩余弯曲强度的主次影响因素排序为：陶瓷板厚度>陶瓷板布置位置>Al基复合泡沫孔径。     

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。     

蜂窝点阵-陶瓷复合装甲在联合载荷下的动态力学行为EI北大核心CSCD

为了探究具备抗多发弹打击的蜂窝点阵-陶瓷复合装甲在冲击波与破片联合载荷下的防护性能,改善当前防护装甲基于破片或爆炸冲击波单一载荷开展结构设计的不足。通过泡沫铝-弹丸复合弹模拟联合载荷,采用有限元模拟,研究蜂窝点阵-陶瓷复合装甲在联合载荷作用下的结构动态响应与毁伤机理,明确速度差和预变形两种协同作用机制;进一步研究联合载荷中爆炸冲击波与破片抵达先后顺序与抵达时间差对复合装甲防护性能的影响。最终,进行参数化研究,讨论蜂窝点阵-陶瓷复合装甲中,不同子结构关键几何参数对防护性能的影响规律,评估不同子结构的防护贡献,为最优防护性能设计提供指导。     

陶瓷/纤维复合装甲抗弹丸侵彻性能的试验与数值模拟研究

本工作研究了由碳化硼(B4C)/碳纤维(CF)/超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)组成的复合装甲对抗7.62 mm穿甲燃烧弹的抗侵彻性能.通过实验和数值模拟,系统地研究了陶瓷复合装甲各层对弹丸的作用机理.首先将模拟与实验结果进行比较,验证了模拟方法的可靠性.在此基础上,开展了陶瓷复合装甲的陶瓷面板的材料/厚度数值模拟研究,分别采用氧化铝(Al2 O3)、碳化硅(SiC)、碳化硼(B4 C)作为陶瓷面板,研究了不同厚度陶瓷板的吸能效率,结果表明,以B4 C陶瓷作为面板,当其厚度为10 mm时所得复合装甲的防弹性能最佳.     

圆柱形破片侵彻纤维增强复合材料三明治板的弹道极限模型EI北大核心CSCD

分析了圆柱形破片侵彻纤维增强复合材料三明治板的过程,基于能量守恒定律分别对圆柱形破片侵彻面板、复合材料夹层和背板三个阶段中消耗的能量进行了理论推导,建立了圆柱形破片侵彻纤维增强复合材料三明治板的计算模型,并得到了剩余速度的计算公式,令剩余速度等于零,即可得到弹道极限。将计算模型得出的结果与试验结果进行了对比,验证了计算模型的可行性与有效性。该计算模型可以为钢/纤维增强复合材料/钢复合装甲结构的抗侵彻设计提供指导。     

一种新型聚能破甲战斗部及其发展趋势探讨

针对当前以单罩聚能效应为主的聚能破甲战斗部，提出一种新型多罩复合聚能装药结构，探讨了其成型机理和联合破甲原理，系统研究了主要装药结构参数对破甲效果的影响。实验结果表明，该聚能装药结构比EFP装药结构，在保持穿孔孔径相当和同等装药条件下，可以提高穿深50%左右。在此基础上，进一步提出反反应装甲目标新型聚能装药结构，深化了聚能效应的内涵，丰富了打击目标的手段。     

聚能装药垂直侵彻橡胶复合装甲的变形研究

基于Bernoulli方程推导了橡胶穿孔半径以及运动速度的变化规律,对聚能装药垂直侵彻橡胶复合装甲的作用过程进行了分析。在此基础上结合流变学理论,对橡胶复合装甲的面板和背板的变形进行了研究,建立了一种计算复合装甲变形的工程计算模型。通过数值仿真和试验的方法对理论模型进行了验证。结果表明:橡胶复合装甲的变形与橡胶的体积流率、初始压力以及材料本身特性有关。在距离射流轴线半径20mm~80mm范围内,理论、仿真与试验三者所得到的面板的变形结果吻合较好。运用所建立的模型,可以较为精确的反映面板变形规律。     

舰船用轻型复合装甲研究与应用

本文论述了轻型复合装甲在舰船上的应用现状与发展趋势,阐述了轻型复合装甲材料研制的理论指导,舰用轻型复合装甲结构的一般形式以及轻型复合装甲结构装舰的工艺方法。     

弹体侵彻陶瓷/金属复合靶板问题的研究

针对弹体侵彻陶瓷/金属复合靶板的问题,将弹体的墩粗变形、陶瓷面板碎裂及陶瓷锥的形成变化和金属背板的变形结合起来,建立了可变形弹体垂直侵彻陶瓷/金属靶板的理论分析模型。利用大型非线性有限元程序LS-DYNA3D,对平头弹侵彻陶瓷/金属复合靶板的问题进行数值模拟,得到了陶瓷/金属复合靶板受弹体侵彻的变形过程。最后给出了典型位置的位移随时间的变化曲线,理论模型分析结果和数值模拟结果与实验结果进行了对比,吻合很好。说明理论分析模型的正确性和数值模拟结果的可靠性,可以为复合靶板的设计提供有利依据。     

EFP垂直侵彻靶后破片云描述模型

针对靶后破片是影响装甲保护能力和聚能装药毁伤的主要问题,基于EFP垂直侵彻的靶后破片,建立其初始靶后破片云的数学描述模型,并在此基础上采用有限元仿真软件AUTODYN-3D对EFP垂直侵彻钢靶形成靶后破片的过程进行数值模拟。数值模拟结果与靶场实验结果进行对比,结果表明:仿真的EFP成型参数、靶后破片空间分布状态和靶板开孔特征均与实验较为吻合。因此,证明该仿真模型和所得靶后破片云初始描述模型具有较高的可信度,可以为EFP对装甲目标的毁伤评估方面提供一定的参考。     

EFP垂直侵彻靶后破片云描述模型

针对靶后破片是影响装甲保护能力和聚能装药毁伤的主要问题,基于EFP垂直侵彻的靶后破片,建立其初始靶后破片云的数学描述模型,并在此基础上采用有限元仿真软件AUTODYN-3D对EFP垂直侵彻钢靶形成靶后破片的过程进行数值模拟。数值模拟结果与靶场实验结果进行对比,结果表明:仿真的EFP成型参数、靶后破片空间分布状态和靶板开孔特征均与实验较为吻合。因此,证明该仿真模型和所得靶后破片云初始描述模型具有较高的可信度,可以为EFP对装甲目标的毁伤评估方面提供一定的参考。     

爆炸成型弹丸对装甲靶板的高速冲击效应研究

摘　要：爆炸成型弹丸(Explosively Formed Projectiles,简称EFP)垂直高速冲击603装甲靶板实验,呈现了靶板入口卷边花瓣状破坏、出口具有拉伸断裂特征的外翻花瓣形穿孔、入口直径明显大于出口直径等宏观的冲击现象。为了从机理上研究EFP对装甲靶板的高速冲击效应,利用ANSYS/LS-DYNA动力学仿真软件,对整个冲击过程进行了数值模拟,再现了EFP形成、开坑、稳定侵彻、尾翼侵彻和冲塞贯穿的物理过程,模拟结果与实验现象吻合较好,并从原理上分析了实验中各宏观现象产生的原因。研究结果不但认识了EFP冲击装甲靶板的机理,也可为增强装甲防护能力和优化EFP设计提供理论参考,具有重要的现实意义和较高的工程应用价值。     

弹体高速侵彻陶瓷复合厚靶的计算模型研究

针对平头弹高速撞击陶瓷复合厚靶的问题,以集中质量法为基础并考虑靶体的内摩擦效应对Fellows模型加以改进,建立侵彻过程的理论计算模型并利用Matlab编程求得不同撞击速度下弹体侵彻复合靶体的侵彻深度,模型得到了试验结果和数值计算结果的验证。参数分析的结果表明,陶瓷厚度的增加可提高复合靶体的抗侵彻能力,但随着初始撞击速度的提高,弹体的侵彻深度增长曲线趋于平缓。     

Aluminum foam integral armor: a new dimension in armor design

Closed-cell aluminum foam offers a unique combination of properties such as low density, high stiffness, strength and energy absorption that can be tailored through design of the microstructure. During ballistic impact, the foam exhibits significant non-linear deformation and stress wave attenuation. Composite structural armor panels containing closed-cell aluminum foam are impacted with 20-mm fragment-simulating projectiles (FSP). One-dimensional plane strain finite element analysis (FEA) of stress wave propagation is performed to understand the dynamic response and deformation mechanisms. The FEA results correlate well with the experimental observation that aluminum foam can delay and attenuate stress waves. It is identified that the aluminum foam transmits an insignificant amount of stress pulse before complete densification. The ballistic performance of aluminum foam-based composite integral armor (CIA) is compared with the baseline integral armor of equivalent areal-density by impacting panels with 20-mm FSP. A comparative damage study reveals that the aluminum foam armor has finer ceramic fracture and less volumetric delamination of the composite backing plate as compared to the baseline. The aluminum foam armors also showed less dynamic deflection of the backing plate than the baseline. These attributes of the aluminum foam in integral armor system add a new dimension in the design of lightweight armor for the future armored vehicles.     

军用装甲防护技术发展及应用

目的为提高军用装甲防护技术,研究军用装甲防护材料的种类、加工工艺及性能特点,梳理其发展历程。方法按照分类,分析装甲防护材料特点,并对特殊结构功能设计防护板进行介绍。介绍应用较为广泛的金属材料(装甲钢、铝合金及钛合金)的性能特点、加工工艺及存在问题,研究陶瓷材料与复合材料的特点及现状。对2种特殊功能结构设计的复合板进行阐述。结论随着武器系统毁伤能力的不断提高,使得装甲防护材料改良及结构设计优化显得尤为重要,装甲防护材料必将向轻量化、复合化、系列化及综合化方向发展。     

基于FE-SPH自适应耦合算法对长杆弹侵彻反应装甲的模拟研究

该文采用自编程序实现的FE-SPH 自适应耦合算法对长杆弹侵彻反应装甲的过程开展了数值模拟研究。为了实现反应装甲中的凝聚炸药在长杆弹冲击作用下的起爆过程,在FE-SPH 自适应耦合算法中嵌入了凝聚炸药的点火-增长模型。该文首先应用FE-SPH 自适应耦合算法对二维轴对称反应装甲冲击起爆模型进行了模拟分析,并以此验证了自适应FE-SPH 自适应耦合算法对此类问题模拟的可行性和有效性。其次,针对长杆弹斜侵彻反应装甲的过程进行模拟,再现了反应装甲动态响应干扰长杆弹入侵的过程。通过与相关实验数据结果及其他方法模拟的结果对比,FE-SPH 自适应耦合方法能够有效地对长杆弹侵彻反应装甲和后效目标靶进行一体化仿真。     

装甲防护材料抗侵彻性能研究现状

目的分析装甲防护材料抗侵彻性能的研究现状,为改进复合装甲的结构设计提供参考。方法对装甲防护材料的抗侵彻研究现状进行论述,并对其应用情况进行分析。结果分别阐述了金属材料(装甲钢、铝合金和钛合金)、陶瓷复合靶板以及纤维增强复合材料(玻璃纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维)的抗侵彻研究现状,并介绍了其应用情况。结论随着战场环境的日益更新和武器装备的飞速发展,单一的装甲防护材料已难以适应战场环境的不断变化,装甲防护材料将朝着强韧化、轻量化、智能化及多功能化发展。