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%。     

钢/陶瓷/PE/钢结构抗破片侵彻研究

针对复合装甲抗高速厘米级破片开展研究,用弹道炮发射高速圆柱体破片,对复合装甲结构靶进行侵彻试验,模拟全预制破片杀伤战斗部爆炸破片对复合装甲的侵彻作用.结果表明:钢板与复合材料防弹板组成的复合装甲能防护1600 m/s以上的高速破片侵彻.用Autodyn三维软件进行数值仿真计算,试验与数值计算结果较一致,由数值模拟分析得到复合装甲各组分吸能及消耗弹体质量情况,研究结果可为钢/陶瓷/UHMWPE复合装甲结构设计提供参考.     

高速破片侵彻舰用复合装甲模拟实验研究

采用14．5mm滑膛枪发射高速立方体破片，对舰用复合装甲结构靶进行侵彻实验研究，从而模拟全预制破片杀伤战斗部爆炸所产生的破片对舰体的侵彻作用。实验结果表明，舰体钢板与复合材料防弹板组成的复合装甲抵御高速破片侵彻较防弹钢具有明显的优越性，所研制的复合纤维防弹板以及实验用复合装甲结构，同等防护能力条件下，较防弹钢减轻重量30％以上。     

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。     

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。     

Tc复合弹对陶瓷/A3钢复合靶穿甲效应的试验研究

为提高弹丸对陶瓷复合装甲的侵彻威力,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,结合冲击动力学理论和陶瓷材料特性,研究了2种不同结构弹丸对陶瓷/A3钢复合靶的穿甲效应,重点分析对比弹头材料、结构对陶瓷/A3钢复合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钢板的侵彻孔径、深度,以及侵彻后弹芯剩余质量进行了对比分析。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,从弹芯剩余质量上对弹丸的侵彻能力进一步分析,Tc复合弹对弹芯保护的效果明显,为陶瓷材料应用于其他战斗部提供依据。     

不同厚度陶瓷与钢背板复合抗弹丸穿甲能力的实验研究

采用12.7mm穿甲燃烧弹,研究陶瓷/钢复合装甲当陶瓷支撑钢板厚度不同时抗弹性能的变化情况.靶板采用Al2O3陶瓷作为面板,背板采用高强度钢板,装甲铝合金为基板,背板与面板之间应粘结良好.研究结果表明:陶瓷面板厚度为10mm时,随着钢背板厚度增加,整体结构的抗弹能力提高;陶瓷面板厚度为8mm,钢背板厚度为1～2mm时,抗弹能力随着背板厚度增加变化不显著;面/背板间高粘接强度可保证陶瓷面板具有优良抗弹性能.     

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。     

陶瓷复合装甲抗穿甲模拟弹厚度效应研究

试验采用底推式105mm穿甲模拟弹进行，研究陶瓷的厚度效应对抗穿甲性能的影响规律。采用DOP法评估陶瓷复合装甲的抗弹性能。研究结果表明：随陶瓷装甲厚度增加陶瓷复合装甲的防护系数降低；相同陶瓷装甲厚度下，多层陶瓷复合装甲比单层陶瓷具有更好抗弹性能。     

玻璃纤维复合装甲抗侵彻性能数值模拟

为了研究玻璃纤维复合装甲在穿甲弹侵彻下的抗弹性能,根据某型坦克的首上装甲结构特点和其材料的抗弹特性,采用LS-DYNA数值仿真的方法,分析了不同着角下复合装甲的侵彻深度变化以及不同纤维层厚度下弹丸的速度变化、能量损失情况,发现玻璃纤维层厚度为16 mm时,该复合装甲抗弹效果最佳,着角大于20°则无法击穿复合靶板。拟合出侵彻深度随着角的变化曲线; 采用水平等效密度的方法计算出了该装甲的抗弹能力,得出了该装甲的抗弹性能相当于150均质装甲钢,可以为其他装甲结构的设计提供支撑。     

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。     

钢管列缩比模型抗穿甲能力研究

金属圆管在冲击载荷作用下表现出良好的消波和吸能特性。为了实现金属圆管在穿甲防护领域的应用,研制了由多层钢管列组成的钢管列缩比模型,采用高速穿甲实验装置对该模型进行了实验研究,并与双层钢板靶体的抗穿甲能力进行了对比。实验结果表明,钢管列通过弯曲塑性变形及钢管间的摩擦、碰撞作用在穿甲防护过程中吸收弹体的初始动能,使得缩比模型在穿甲防护效果方面明显优于双层钢板靶体。同时,采用数值仿真的方法对钢管列缩比模型的抗穿甲性能进行了研究,并与实验结果进行了对比,发现两者在破坏模态、变形过程等多方面吻合良好。为开发金属圆管列组成的高效能抗穿甲结构奠定了基础。     

轻型陶瓷复合装甲结构研究进展

针对轻型装甲车辆所受主要威胁,综述了抗小型穿甲弹(APP)和高速破片轻型陶瓷复合装甲的结构、抗弹机理和抗弹性能。详细讨论了双层陶瓷复合装甲的材料与厚度匹配、粘结层的厚度与强度和存在的主要问题;简要介绍了轻型陶瓷复合装甲的新结构和新材料,建议加强陶瓷复合靶板的边界效应、抗多次打击能力和功能梯度材料(FGM)以及金属封装陶瓷复合装甲的研究。     

舰船抵御破甲弹的装甲结构形式及实验研究

在探讨大型舰船抵御聚能破甲弹的防护思想及装甲防护结构形式的基础上，对舰船结构采用立体大间隙防护及复合装甲防护，抵御聚能破甲反舰导弹攻击的可行性进行了实验研究。结果表明，所提出的舰用装甲防护思想是合理且可行的，舰船内舱装甲结构采用－钢复合装甲可以大大提高舰船的防护能力，其防断裂射流波甲的防护系数大于３。     

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．