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。     

树脂基玻纤增强复合材料板抗贯穿特性的工程分析方法

提出了横观各向同性纤维增强复合材料层压板抗贯穿的一维理论分析简化模型，得到了纤维增强复合材料层压板沿厚度方向的压缩屈服强度、材料参数Ｋ和α、冲击速度、弹径等因素对贯穿性能的影响．理论计算值与实验测量值的相对误差小于１５％．     

组合间隙对纤维/陶瓷复合板抗弹性能的影响

为了研究纤维/陶瓷复合材料板与装甲钢背板的组合间隙对其抗弹性能的影响,进行了纤维/陶瓷复合材料板抗穿甲弹性能试验,发现组合间隙对复合材料板抗穿甲弹侵彻能力存在一个快速转变区,同时分析了成因机制.研究认为,组合间隙对纤维/陶瓷复合材料板抗弹性能的负面影响是明显的,组合间隙对复合板抗侵彻能力的影响程度与陶瓷片的厚度有关.     

纤维增强环氧复合材料低温性能研究

纤维增强环氧树脂基复合材料因其低温下比强度比模量高、热导率低的特点在低温领域被广泛应用,重点对碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维增强环氧复合材料低温下力学及导热性能的研究进行了总结,并对4K、77K及室温下各类单向纤维增强环氧复合材料的力学及导热性能进行了对比,分析了各温度范围内最适用的纤维增强环氧复合材料,指出了当前对纤维增强环氧复合材料低温下力学及导热性能研究的不足之处。     

纤维增强陶瓷基复合材料的发展

本文概述了高技术关键材料——纤维/陶瓷复合材料的发展。对纤维/陶瓷复合材料发展中出现的问题和当前研究的方向进行了综合评述。     

撞击位置对陶瓷/纤维复合材料板抗弹评价的影响

为了准确表征陶瓷/纤维轻型装甲复合材料的抗侵彻性能,提高抗弹性能评估的可靠性,通过12.7 mm穿甲燃烧弹打击侵彻被测靶板的DOP试验方法,以质量防护系数表征分析了陶瓷/纤维复合装甲板在不同打击位置的抗侵彻能力。数据表明:以陶瓷片铺层的复合装甲板在不同打击点的抗弹性能分散性较大,存在抗侵彻典型区域和危险点,弹体着靶位置影响对其抗弹性能的评价。只有充分考虑危险点的试验数据,陶瓷/纤维复合装甲板的抗弹性能试验评估才能更准确、可靠。     

纤维增强陶瓷基复合材料的研究及其在航空航天领域的应用

本文介绍纤维增强陶瓷基复合材料的研究动态及应用。对适合作陶瓷增强物的几种纤维及晶须进行了介绍,论述了几种高温结构陶瓷复合材料的制备工艺,并对陶瓷基复合材料作为飞行器结构材料的应用前景作了分析,对陶瓷基复合材料研究中存在的主要问题和今后的研究动向进行了简要的讨论。     

轻质陶瓷/复合材料装甲抗弹机理的研究

从弹道实验出发，对陶瓷／复合材料装甲的抗弹机理进行了研究。分析了面板、背板的断裂形貌及其在整个复合装甲系统中的作用，提出了背板设计的一些基本要求，并对采用混杂结构背板提高复合装甲抗弹能力进行了研究。     

层合纤维增强复合材料的抗弹性能数值计算研究

以2层Kevlar／Epoxy构成的纤维增强复合材料为例，利用非线性经典层合理论，研究了子层的材料铺层方向对抗弹性能的影响以及复合材料对不同冲击速度的能量吸收，从而得到层合纤维增强复合材料的抗弹特性，得出纤维增强复合板适合于较低速度的冲击防护．     

考虑损伤的纤维复合材料抗弹性研究

基于含损伤纤维复合材料的动态本构关系和失效准则，建立了纤维复合材料抗弹性工程分析模型，讨论了纤维类复合材料的抗弹性问题，分析了损伤对材料抗弹性的影响。     

高与超高性能钢纤维混凝土的抗侵彻性能研究

为研究不同强度等级的高与超高性能钢纤维混凝土材料的抗侵彻性能,采用25 mm口径弹道炮开展了初速度500～850 m/s的正侵彻实验,利用高速摄影系统记录了弹体的着靶姿态及靶体的动态破坏过程,采用非线性有限元方法对侵彻全过程进行了数值模拟.实验结果表明,随着混凝土强度等级的提高及钢纤维掺量的增加,侵彻深度略有减小,但这种差距随着强度等级的提高越来越小;随着纤维掺量的提高及侵彻速度的降低,材料破坏程度明显减弱.     

碳纤维/环氧树脂复合材料钻削温度场建模与试验

碳纤维/ 环氧树脂(C/ E)复合材料具有轻质、高模量、高比强度等优良特性在航空航天等领域有广泛的应用,但由于其各向异性、层间强度低、导热系数小和树脂对温度敏感等特点,导致钻孔加工中热量很容易聚集,形成很高的温度梯度,极易产生分层、毛刺等缺陷。以C/ E 复合材料钻孔过程中温度场的分布及变化为研究对象,依据传热学的基本原理,采用有限差分法(FDM),建立了C/ E 复合材料钻削温度场模型,探讨切削温度沿纤维方向的分布规律。采用硬质合金钻头开展C/ E 复合材料钻孔测温试验,采用预埋热电偶方法测量纤维方向不同处的温升,采用红外测温的方法测量出口处温度场分布。通过对试验结果和模型仿真结果对比分析可知:温度场仿真模型有较高的准确性,出口处温度场分布呈椭圆形,平行纤维方向时温升较高。     

基于LS—DYNA的玻璃钢复合板抗侵彻能力分析

玻璃钢复合板作为某便携式野战库房的主体材料,其抗侵彻能力始终是库房设计研制过程中需要重点关注的问题;利用破片侵彻相关理论,建立玻璃钢复合板、子弹和手榴弹弹片的仿真模型,通过LS—DYNA进行模型网格划分、施加载荷和边界条件,对玻璃钢复合板抗侵彻能力进行有限元分析;结果表明：材料强度能够满足库房的相关战技术指标要求。     

带防弹钢板的钢纤维混凝土靶抗侵爆性能分析

为使防护工程具有更好的抗侵彻抗爆性能,对不同钢纤维混凝土靶板的抗侵彻抗爆性能进行研究.分别对侵彻后的靶板和带有普通钢板的钢纤维混凝土靶板进行静爆试验,根据靶板破坏情况、侵彻深度和防弹钢板的裂纹长度,结合应变测量,分析爆炸后靶板钢筋上的应变数据,得出最优的防护靶板参数.试验结果表明:15 mm厚的防弹钢板可提高钢纤维混凝土靶板的抗侵彻性能,450 mm厚的钢纤维混凝土靶板拥有最优的抗侵彻抗爆性能.     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

碳纤维复合材料在导弹天线罩连接环上的应用

连接环是天线罩和弹体的连接件。在导弹飞行过程中,要求连接环能够承受作用其上的力载荷和热载荷,因此对连接环材料提出了较高的要求。主要介绍了几种导弹天线罩连接环材料的性能及优、缺点,重点探讨了碳纤维复合材料的特点、应用方向及其在导弹天线罩连接环上的应用。     

三维编织复合材料弹道冲击细观结构模型的有限元计算

相对于层合复合材料,三维编织复合材料具有高的损伤容限和冲击载荷下不分层的特点．在三维编织复合材料真实几何结构基础上建立了细观结构有限元模型,分析了三维编织复合材料的弹道冲击性能．用I．s-Dyna求解器计算得到剩余速度、加速度时间历程图及破坏模式图,经与实际弹道实验对比,具有高度的一致性,此模型用于分析弹道冲击性能具有高度的精确性．     

钢纤维混凝土动态劈裂实验研究

采用分离式霍普金森压杆对钢纤维混凝土(SFRC)进行了动态劈裂实验,测试出其动态劈裂破坏最低强度。SFRC动态劈裂应力时程曲线基本上呈双峰型,随着纤维体积率的增加,SFRC耗能能力相应增大,应力波在SFRC中的衰减程度越大。钢纤维对SFRC的增强和增韧性能良好,在冲击劈裂荷载下,决定试件破坏的主要因素是胶凝体与钢纤维之间的粘结强度,而不是钢纤维本身抗拉强度。     

动能弹丸侵彻SFRC材料的显式动力有限元分析

应用显式动力有限元程序，对动能弹丸侵彻钢纤维混凝土（SFRC）进行了数值计算分析．弹丸作为刚体处理。为了描述钢纤维混凝土的非线性变形及断裂特性，计算中引入了Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型。侵彻深度计算结果与在Φ14．Smm弹道炮上所获得的实验数据相吻合，并很好地模拟了在侵彻过程中钢纤维混凝土靶的成坑，层裂现象。在此基础上分析了钢纤维混凝土这种新型复合材料抗侵彻性能的影响因素。     

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。