聚脲弹性体复合夹层结构的防爆性能

应用LS–DYNA有限元软件,对聚脲弹性体复合夹层结构在0.5 kg炸药(TNT)爆炸载荷作用下的动态响应过程进行数值模拟。研究了复合夹层结构厚度和质量固定条件下聚脲弹性体夹层厚度对复合夹层结构抗爆性能的影响。分析了不同聚脲弹性体夹层厚度对复合夹层结构变形的影响,并分析了聚脲弹性体夹层的吸波和吸能特性。结果表明,在爆炸载荷作用下,当复合夹层结构总厚度固定时,随着聚脲弹性体夹层厚度的减小,复合夹层结构的抗爆性能先增大后减小,当钢板与聚脲弹性体夹层厚度比为1.4∶1.2∶1.4时,变形的整体性最好,其抗爆的潜力最大,其冲击波衰减率最大为85.6%,能量吸收效果也最好,其综合抗爆能力较好;在质量固定条件下,随着聚脲弹性体夹层厚度的增加,其抗爆能力先增大后减小,当钢板与聚脲弹性体夹层厚度比为0.903∶3.5∶0.903时,其变形和能量吸收效果最好,冲击波衰减率最大为81.87%,其综合抗爆能力较好。     

聚脲涂覆钢板复合结构抗爆性能研究

为了研究聚脲涂覆钢板复合结构的抗爆性能，对其进行了不同涂层厚度和不同炸药量的爆炸加载试验。利用三维激光扫描仪对聚脲涂覆钢板复合结构试验前后的形貌进行扫描，得到复合结构的中心挠度变化特征；运用DH5960超动态应变仪对复合结构的应变以及冲击波超压特点进行分析，得到应变和冲击波比冲量随聚脲涂层厚度的变化规律。研究结果表明：在等厚度钢板、180 gTNT当量爆炸荷载下，聚脲涂层厚度在0～2.76 mm范围内增加时，挠度呈线性减小，应变峰值先增大后减小，靶后冲击波超压峰值先减小后增大，冲击波比冲量先增大后减小，并在涂层厚度为1.70 mm时达到最大值。因此选择合适的聚脲涂层厚度能有效提高复合结构的抗爆性能。     

喷涂聚脲弹性体抗爆抗冲击性能研究进展

以喷涂聚脲弹性体抗爆抗冲击性能研究为重点,从非建筑构件、建筑构件以及LS–DYNA有限元模拟三个方面,综述了喷涂聚脲弹性体在爆炸冲击载荷作用下的防护研究进展,简要介绍了喷涂聚脲弹性体的研究成果和实际应用情况,指出了喷涂聚脲弹性体在结构背面加固时突显出的优异抗爆性能和吸能效率,最后指出了喷涂聚脲弹性体抗爆抗冲击性能研究存在的问题以及今后的发展方向。     

接触爆炸作用下抗爆型喷涂聚脲防护钢筋混凝土板爆炸试验和数值模拟

为研究接触爆炸荷载作用下Qtech T26抗爆型喷涂聚脲(T26聚脲)防护钢筋混凝土板(RC板)的抗爆性能和损伤机制,对有无T26聚脲防护RC板进行爆炸试验,通过扫描电子显微镜(SEM)对T26聚脲防护RC板的典型损伤区域进行微观分析。基于T26聚脲力学性能及爆炸试验建立有限元模型进行数值模拟,并与试验结果进行对比。研究结果表明：T26聚脲与RC板界面附着较好,可以抵抗界面拉伸波的作用,并实现对RC板损伤和变形的抑制;RC板在大当量爆炸荷载作用下的损伤以冲切破坏为主,T26聚脲宏观及微观损伤特点均表明背爆面变形起始位置为RC板冲切变形边缘区域,且会由于应变率效应发生脆性开裂;结合有限元模拟与爆炸试验,T26聚脲可以提高RC板的抗爆性能,并通过材料的高强、高韧、高阻尼特性实现10 kg TNT接触爆炸作用零破片的防护目标,在爆炸防护领域具有重要工程应用价值。     

喷涂聚脲弹性体及复合结构抗爆抗冲击性能研究进展

防护结构的抗爆抗冲击性能是生命安全的重要保障，材料和结构是提高防护性能的2种主要途径。喷涂聚脲弹性体凭借良好的力学性能和耗能特性被广泛运用于抗爆抗冲击防护领域。从喷涂聚脲弹性体的抗冲击性能出发，介绍了不同试验方法下喷涂聚脲弹性体优异的爆炸冲击防护性能，分析喷涂聚脲弹性体在不同应变率和环境下良好的适应性，发现涂层厚度和涂层构造会对材料抗冲击性能产生影响；从材料微观层面以及阻抗失配的角度综述了喷涂聚脲弹性体的抗冲击机理，最后阐述了抗冲击复合结构的耗能机理以及优化方法，指出了喷涂聚脲弹性体以及复合结构尚存在的部分问题以及发展方向。     

聚脲基体复合材料抗爆耐冲击性能研究进展

随着聚脲基体复合材料在结构防护领域的大量应用,其抗爆耐冲击性能获得广泛研究。本文基于聚脲基体复合材料在结构防护领域的研究现状,介绍了聚脲材料作为高聚物弹性体的抗爆性能,综述了聚脲-纤维复合材料的研究进展,阐述了聚脲材料抗冲击性能机理。指出聚脲作为高聚物弹性体对防护结构具有较好的抗冲击防护效果,可与纤维组成高强度、高弹性模量和可吸收爆炸冲击能量的复合材料,在防护结构抗爆炸毁伤领域具有可观前景。     

高性能混凝土填充金属三明治夹层波纹板的抗侵彻性能

对混凝土直接浇筑金属三明治夹层波纹板、混凝土三棱柱插入并用树脂填充界面的金属三明治夹层波纹板的抗侵彻性能进行了研究。结果表明:随着子弹射入速度的提高,子弹射出速度和靶板单位面密度能量吸收能力升高;混凝土直接浇筑结构抗弹极限速度低于800m/s,树脂填充复合结构抗弹极限速度约为1 062m/s;同时,1 092m/s时混凝土直接浇筑结构的能量吸收能力为25.1J·m2/kg,1 204m/s时树脂填充结构能量吸收能力为41.1J·m2/kg。通过观察靶板前后面板及截面的破坏形貌,认为混凝土直接浇筑结构抗弹性能低的原因在于混凝土与金属骨架之间弱的界面约束。     

喷涂型抗爆聚脲高应变率力学性能及其涂层钢板爆炸模拟研究

为研究爆炸冲击荷载作用下喷涂型抗爆聚脲 MS-1对钢板的防护性能,对 MS-1进行了高速拉伸实验,研究了其在高应变率下的力学性能;运用 ANSYS/LS-DYNA有限元软件对 MS-1涂层钢板进行接触式爆炸模拟实验,获得小当量 TNT炸药作用下钢板的宏观破坏模式、位移变形和涂层能量传递规律;根据数值模拟的结果分析了 MS-1涂层对钢板的抗爆耗能机理。结果表明： MS-1具有良好的应变率效应,随应变率的提高其自身的力学性能也不断增强;相较于空白钢板,背爆面喷涂 MS-1涂层的钢板破坏程度减弱, 2 mm、4 mm和 8 mm涂层钢板中心点最大位移分别降低 14. 34%、 47. 01%和 49. 4%,MS-1涂层可以高效地将爆炸冲击能量转化为涂层自身的内能和动能,通过自身拉伸变形进行吸能和耗能。     

陶瓷/UHMWPE层合板/阻尼材料复合靶板防弹性能研究

提出一种由碳化硼陶瓷、UHMWPE层合板、阻尼材料构成的复合靶板。应用LS-DYNA动力学软件进行数值仿真分析,研究该靶板在12.7 mm穿甲爆炸燃烧弹高速冲击下的性能,并通过实验对数值模拟进行可行性验证。进一步研究靶板抗侵彻性能随结构几何参数变化的关系,探究阻尼材料的最佳分布位置和最佳厚度。结果表明:随着陶瓷厚度增大,靶板吸收子弹动能和弹道性能指数呈线性增加;在UHMWPE层合板厚度较大时,增加其厚度对靶板抗侵彻性能的提升更明显;同等面密度条件下,与提高陶瓷或者UHMWPE层合板的厚度相比,涂刷1 mm背层阻尼材料时,复合靶板弹道性能指数最高,抗高速侵彻性能最好,为阻尼材料作为减震层在抗高速冲击领域的广泛应用奠定了基础。     

铝板——环氧树脂夹层结构抗爆性能数值模拟研究

运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,在相同的爆炸冲击波作用下,对掩蔽物上方铝板和含环氧树脂夹层的普通铝板两种防护结构的抗爆性能进行了数值模拟和对比分析,结果表明:有环氧树脂夹层的铝板结构的抗爆性能要优于无环氧树脂夹层的铝板,且抗爆性能随着环氧树脂夹层厚度的增加呈现出先增大后减小的趋势,为防护结构的研制提供了一定的参考。     

聚脲弹性体/纤维增强树脂基复合材料抗冲击性能研究

玻璃纤维增强树脂基复合材料在使用过程中极易受到外力冲击,造成复合材料结构破坏,严重威胁其安全使用寿命。研究了聚脲弹性体涂层对玻璃纤维增强乙烯基树脂复合材料抗冲击性能的影响。通过简支梁摆锤冲击试验和光学显微镜对前涂覆(FCGF)、后涂覆(BCGF)及未涂覆(NCGF)试样进行对比测试。研究结果表明,聚脲弹性体涂层的弹性形变和断裂破坏能够大幅增加冲击能耗,提高整体的冲击强度。当试样聚脲涂层厚度相同时,前涂覆(FCGF)试样聚脲弹性体冲击后并未完全断裂,主要依靠弹性形变吸收冲击能量,起缓冲减震作用;后涂覆(BCGF)试样聚脲弹性体发生断裂破坏能够消耗更多的冲击能量,其整体结构破坏最小,冲击强度更高。     

固支矩形钢板近距爆炸的毁伤特性

为掌握金属平板结构在近距爆炸载荷下的毁伤特性,以四边固支矩形钢板为对象,开展了柱形TNT装药近距爆炸毁伤试验,根据试验结果划分了钢板的3种毁伤模式:塑性大变形毁伤、临界起裂毁伤和花瓣状破口毁伤,建立了不同毁伤模式下的理论计算和数值模型,并分析了药量、爆距及钢板厚度对其近距爆炸毁伤特性的影响。结果表明,钢板的塑性最大变形随装药质量增加而增加,随爆距增加而减小;钢板的临界起裂毁伤形式为平行于长边的Ⅰ字形裂纹;爆距保持不变时,钢板的最大破口毁伤直径与药量为正相关,2000g药量时的最大破口直径为1000g药量时的1.18倍;相同药量时,随着爆距的增加,钢板最大破口直径呈先增大后减小的趋势,药量为500g和1000g时,最佳毁伤爆距分别为4cm和5cm。     

喷涂聚脲弹性体技术在石油天然气工业的应用与展望

概述了喷涂聚脲弹性体(SPUA)技术的发展与性能特点等情况,简述了其在石油天然气工业的应用现状,并结合石油天然气工业的工况环境,着重分析了SPUA技术在石油天然气工业上用作耐磨防腐衬里、韧性抗冲击防护涂层和钻井平台防滑耐磨涂层的发展前景。     

Ballistic response of the corrugated ceramic composite target under the impact of the flat-headed projectile

The ballistic responses of the composite targets composed of the corrugated ceramic block and corrugated steel plate were investigated by numerical simulation. The effects of the composite target configuration on the projectile residual velocity, the failure mode, and the energy absorption of targets were analyzed. The ballistic performance of the composite target with composites back plate was discussed. The results show that the projectile impacting on the slope of the target has the least residual velocity of projectiles, and the slope of the target can remarkably change the trajectory of the projectile. Adding the corrugated UHMWPE composites plate along the direction of the steel back plate of the configuration can effectively improve the overall anti-penetration performance of the configuration.     

聚脲弹性体在海上钢结构防腐蚀中的应用研究

聚脲弹性体技术是涂装领域取得的一项重大技术进步,它给我国防腐蚀业带来极大的促动。本文对海上钢结构聚脲弹性体防腐涂料的制备、喷涂原理及施工工艺、涂料性能等方面进行了介绍和探讨。     

Shaped charge jet interaction with Highly Effective Passive Sandwich Systems - experiments and analysis

The development and investigation of reactive sandwich targets and their interaction with shaped charge jets is one of the many research areas, where important contributions were made by Manfred Held. Such reactive sandwiches are known to be extremely effective against jets, but have a number of disadvantages. In this work, the interaction of the copper jet from a shaped charge calibre 136 mm with a double sandwich system, each sandwich consisting of a non-reacting layer between outer steel plates, is investigated. In 10 experiments with identical geometrical setup, only the material of the non-reacting layer is changed. Using flash X-ray pictures, the interaction of the jet with the sandwich system is investigated. Evaluation of these pictures as well as the comparison of the measured residual penetrations behind the sandwich target clearly demonstrate the influence of the material of the inner sandwich layer. The deformation and movement of the steel plates, caused by the penetrating jet, can be seen in the X-ray pictures. It is shown that it is possible to distort a shaped charge jet so that its penetration capability behind the target is reduced to a minimum. A fully three-dimensional hydrocode simulation of the experiments enabled the jet/sandwich interaction and steel plate deformation and rupture to be studied in detail.     

聚天冬氨酸酯聚脲弹性体在抗空蚀领域的应用研究

空蚀是水力机械和水工建筑的主要破坏形式之一。研制了一种聚天冬氨酸酯聚脲弹性体材料,制成涂层后,在空蚀模拟试验机上进行抗加速空蚀性能研究。结果表明：研制的聚天冬氨酸酯聚脲弹性体材料与改性环氧树脂材料和刚性聚天冬氨酸酯聚脲材料相比,具有更优异的抗空蚀性能,在水工领域具有广阔的应用前景。     

爆炸反应装甲驱动飞板运动的数值模拟

根据夹层装药爆轰产物驱动飞板运动的物理过程,建立了飞板运动的简化计算模型.用三维有限元程序(LS-DYNA3D)对飞板运动过程进行了数值模拟,得出上飞板速度随时间的变化规律,分析了炸药爆速、下飞板厚度对上飞板运动规律的影响.结果表明,采用爆速较高的高能混合炸药,或适当提高下飞板厚度,可以明显提高上飞板的飞散速度.     

填料对聚脲弹性体防滑耐磨性能的影响

本文采用喷涂聚脲弹性体技术制备防滑耐磨型聚脲弹性体.通过摩擦、磨耗、硬度、拉伸和动态力学性能(DMTA)测试以及SEM观察,研究了一定添加量的复合填料对聚脲弹性体性能的影响,并对比添加填料前后材料性能的变化.分析了填料对聚脲弹性体性能的影响机理.结果表明,填料的加入对聚脲弹性体的摩擦系数、耐磨性能有一定程度的提高,但由于聚脲交联密度下降,填料与基体间的界面结合较弱、分布不均匀,导致聚脲弹性体的硬度、拉伸性能和耐热性能略有下降.