大倾角陶瓷复合装甲抗弹性能研究

为了提高装甲车辆的防护和机动能力,减轻其自重,采用25mm弹道炮和底推式105mm穿甲模拟弹进行试验,研究大倾角陶瓷复合装甲结构单元中陶瓷的厚度、倾角、约束条件等因素对抗穿甲性能的影响规律。运用DOP法评估陶瓷复合装甲的抗弹性能。研究结果表明：在大倾角情况下,陶瓷复合装甲的防护系数同样随着厚度的增加而降低;陶瓷复合装甲外置时的抗弹性能比内置时高,内置使用时选择合适的厚度也能获得很好的抗弹性能。     

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。     

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。     

船用轻型陶瓷复合装甲抗弹性能实验研究

为探讨舰艇抵御高速破片弹遭侵彻的装甲防护结构,设计船用钢装甲和3种陶瓷复合装甲结构,并采用弹道冲击实验,研究其在高速破片冲击下的抗弹性能。结果表明:高速破片穿透普通舰艇结构后仍具有较强杀伤威力,必须为舰艇设置专门防护装甲抵御高速破片的冲击;高速破片冲击下,船用钢装甲的破坏模式为延性扩孔和剪切冲塞的组合形式;增加陶瓷面板后,钢背板的冲击响应类似于低速卵形弹冲击下的薄板穿甲,变形范围和变形程度大大增加,其变形失效模式有蝶形变形和花瓣开裂型穿甲,此外陶瓷对弹体的侵蚀、钝化及碎裂能大大降低弹体的侵彻能力,碎裂陶瓷锥的运动还将吸收部分弹体动能,降低弹体剩余速度,并和剩余弹体共同冲击背板;陶瓷复合装甲的单位面密度吸能量较船用钢提高35%以上,其结构质量较船用钢装甲轻25%以上。     

金属封装陶瓷复合装甲抗弹性能研究

为进一步提高传统的陶瓷-金属复合装甲的抗弹性能,将陶瓷用金属封装起来组成金属封装陶瓷复合装甲,对传统的层叠结构和金属封装陶瓷的抗侵彻性能进行了数值仿真和理论分析.研究结果表明,由于封装金属为陶瓷提供了最大程度的结构限制,金属封装陶瓷复合装甲的抗弹性能得到大幅度提高.     

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。     

不同弹性模量和厚度比对复合装甲抗弹性能的影响

在动能弹打击下,研究不同弹性模量和厚度比对抗弹性能的影响。首先针对复合装甲的各分层采用不同的弹性模量,在相同结构形式、相同弹速的情况下,研究对复合装甲抗弹性能的影响;其次针对相同材料的复合装甲分层采取不同厚度比,在总质量、弹速相同的情况下,研究对复合装甲抗弹性能的影响。采用MSC有限单元法软件PATRAN和LS-DYNA进行数值模拟,通过速度降指标,量化不同弹性模量和厚度比的穿甲效应。结果表明:弹性模量对抗弹性能有重要的影响;复合装甲的厚度比存在较优的方案,从而,可以有效地评估复合装甲的抗弹效果,并为今后新型装甲的设计,提供一条高效、经济的新途径。     

陶瓷/纤维复合装甲抗弹吸能机理及影响因素

陶瓷/纤维复合材料防弹装甲已广泛应用于单兵、装甲车辆、舰船、武装直升机等的弹道防护领域,在轻量化和高防护方面显示出明显优势。本文从陶瓷面板和复合材料背板弹道吸能角度讨论了陶瓷/纤维复合装甲的抗弹机理。并以此为依据,综述了陶瓷面板、复合材料背板、界面黏结层等因素对陶瓷复合装甲抗弹性能的影响规律。展望了陶瓷复合装甲的发展方向,为陶瓷复合装甲结构和功能优化设计提供理论依据。     

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%。     

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/金属复合靶受12.7 mm穿甲燃烧弹侵彻时弹靶破碎特征

弹靶破碎特征对陶瓷/金属复合装甲的抗弹性能有明显的影响,针对这一现象,进行12.7 mm穿甲燃烧弹垂直侵彻不同陶瓷材料下的陶瓷/金属复合靶板的实验研究。通过观测回收的弹芯及靶体陶瓷宏观破坏形貌,分析不同陶瓷材料与弹芯及陶瓷主要破坏特征之间的关系;通过对碎块的多级筛分称重,开展对不同陶瓷材料下弹芯及陶瓷面板的碎块尺度分布规律的研究。试验结果表明不同断裂韧性对陶瓷和弹的破碎形态及碎块粒径分布有明显影响：当陶瓷的断裂韧性增大时,弹芯小碎片的质量减小,大质量碎片增加,破碎程度减小;陶瓷半锥角增大,径向裂纹减少,陶瓷锥内破碎区碎块尺度呈增大趋势,故整体陶瓷锥破碎区占比提升;弹芯碎块及破碎后的陶瓷碎块粒径累计质量分布符合幂律分布模型。其中弹体碎裂主要分为两个部分,较大的碎块主要是由压剪断裂及应力卸载所导致的拉伸断裂所致,细碎化只发生在弹体头部,主要是由应力波产生的微裂纹与冲击诱发的粒间裂纹相互作用所致;径向裂纹及陶瓷锥是陶瓷冲击破坏的主要表现形式。     

SiC陶瓷/UHMWPE纤维复合结构抗12.7mm穿甲燃烧弹试验与仿真

针对SiC陶瓷板、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维板层合而成的复合结构,为掌握组元厚度对其抗弹性能的影响规律,进行12.7 mm穿甲燃烧弹对复合结构的侵彻试验,获得不同撞击速度下的侵彻效果。建立弹体对复合结构侵彻的有限元计算模型,并通过试验验证计算模型的可靠性。采用被验证的计算模型对12.7 mm穿甲燃烧弹侵彻不同厚度组元的复合结构进行仿真计算,分析复合结构在弹体侵彻下的破坏机制及抗弹性能影响因素。研究结果表明：所建立的有限元模型能够可靠计算12.7 mm穿甲燃烧弹对复合结构的侵彻效应;复合结构抗弹性能随组元厚度增加呈线性增加,SiC陶瓷对抗弹性能的影响较UHMWPE纤维板大;随SiC陶瓷与UHMWPE纤维板厚度比的增加,复合结构抗弹体侵彻性能先增强后减小,当厚度比在0.2~0.4之间时,复合结构抗弹体侵彻性能最佳。     

陶瓷厚度与约束对陶瓷复合靶抗弹性能的影响

为研究陶瓷厚度与三维约束对陶瓷复合靶抗中等口径弹丸侵彻性能的影响,设计了3种陶瓷复合靶,采用30 mm模型弹进行侵彻试验,得到了靶体破坏与弹丸侵蚀特征以及侵彻过程高速摄像图像;基于数值模拟,分析了陶瓷厚度和约束对靶体极限速度和抗弹机制的影响.当复合靶平面尺寸不大时,陶瓷厚度和约束是影响抗弹性能的重要因素,增加陶瓷厚度与三维约束能有效提高抗弹能力.     

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.     

破片侵彻陶瓷/芳纶复合装甲数值模拟

利用三维非线性动力有限元程序LS-DYNA,建立了破片侵彻陶瓷/芳纶复合材料装甲的有限元分析模型,描述了侵彻过程的物理和力学现象,得出了一些重要参量的变化规律,与破片侵彻相同面密度的均质装甲钢装甲进行了比较.陶瓷/芳纶复合装甲的抗侵彻能力要优于相同面密度的均质钢装甲.     

轻型陶瓷复合装甲结构抗弹性能研究进展

从靶板的材料和结构配置,弹体形状、冲击速度和角度等物理和材料参数,以及约束条件和预应力等方面对轻型陶瓷复合装甲抗弹性能实验研究,抗弹过程分析的近似解析模型进行了较为系统的回顾,分析了其研究现状,提出了一些有待进一步深入展开研究的问题。