装甲钢温度-组织-应力耦合本构模型的建立及在焊接模拟中的应用

装甲钢焊接热循环过程中固态相变对焊接残余应力的演变及大小有着重要影响,而现有的有限元软件本构模型无法考虑固态相变的作用。在传热学、固态相变理论和连续介质力学的基础上,建立了温度－组织－应力耦合的本构模型,本构模型中综合考虑了固态相变引起的体积变化、力学性能变化和相变塑性对焊接残余应力的影响,采用ABAQUS子程序UMAT通过二次开发将该本构模型嵌入通用有限元软件中,对装甲钢平板对接焊进行研究,获得了装甲钢焊接热循环过程中温度、组织及残余应力变化规律。研究结果表明：装甲钢平板中断面表面宽度方向,在纵向残余应力表征上,耦合本构模型的模拟结果与X射线衍射测量结果具有较好的一致性,验证了耦合本构模型的正确性,并表明相变塑性对相变区的残余应力存在一定的松弛作用;对于装甲钢近缝区纵向残余应力大小：完全相变区＜部分相变区＜未发生相变区。     

用晶粒尺寸评价纯净装甲钢抗冲击性能

通过对冲击破坏装甲钢组织分析．发现纯净装甲钢在冲击载荷下破坏过程中是在晶界交汇处（三叉点）产生裂纹源．然后相互连接的结果。同时根据材料强度理论和动态强化规律推导出材料微观结构参数与冲击速度之间的关系。     

采用正交切削方法获得装甲钢动态力学性能

本文采用正交切削试验方法,取得某装甲钢在剪应变0.8～1.5,剪应变率7×10~3～1.5×10~5S~(-1)和变形温度140～520℃范围内的动态力学性能,分析了剪切流动应力的剪应变、剪应变率和温度效应。通过对数学模型的非线性回归分析,到装甲钢材料定量的动态塑性本构关系。     

装甲车辆防护装甲胶粘挂装技术研究

针对防护装甲采用螺栓紧固、挂架支撑等方式安装在装甲车辆上所产生的防护面积降低、工艺复杂等问题,提出采用胶粘挂装技术安装防护装甲。根据安装结构特点,确定胶粘剂的种类和制备工艺。通过研究胶粘接头不同胶粘层厚度和不同胶粘面积对挂装强度的影响,实现防护装甲胶粘挂装结构的优化设计。通过模拟跑车宽频振动试验、环境极限温度适应性考核试验,验证胶粘挂装技术的可行性和可靠性。试验结果表明：采用双组份聚氨酯胶粘剂,胶粘层厚度为2～3 mm, 多点、小面积施胶,每平方厘米胶粘面积可承载大于3 MPa的剪切力,-50 ℃和70 ℃的极限温度下强度不低于常温条件下的70%,满足动态宽频振动挂装强度要求。     

均质装甲钢倾角效应的试验研究

该文给出了倾角效应和倾角效应图的定义，并对倾角效应图进行了分类。试验研究表明，均质装甲钢抗普通穿甲弹、杆式穿甲弹和破甲弹具有不同的倾角效应规律。进而，对倾角效应差异的原因进行了分析。     

聚能射流作用下模拟装甲舱室内冲击波试验研究

为研究先进装甲目标内乘员部位冲击波毁伤效应,建立了典型装甲车辆乘员舱室模拟等效目标靶,开展了破甲弹静爆射流穿透装甲钢舱壁及炸药在舱内静爆条件下舱内冲击波试验。试验结果表明：聚能射流穿透装甲舱室后,在舱室内具有一定的冲击波毁伤效应;受射流穿透舱壁时舱体振动、测试位置、壁面反射、传感器安装方式等因素影响,测试波形差异较大;与裸装药在模拟装甲舱内爆炸的试验结果相比,聚能装药爆炸射流穿透舱壁作用下产生的冲击波波形更复杂;若采取无模拟舱底钢板的等效舱试验方法,更加有利于获取有效的超压测试波形。     

长杆弹撞击装甲陶瓷的界面击溃效应数值模拟

利用动力有限元软件AUTODYN模拟了长杆弹撞击装甲陶瓷的界面击溃效应及其影响因素。在验证计算模型、参数及算法可靠的基础上,模拟研究了长杆弹头部形状、盖板、陶瓷预应力等对界面击溃效应的影响规律。结果表明:平头、球形和锥形头部形状长杆弹界面击溃/侵彻转变速度有显著差异;增加盖板及对陶瓷施加预应力均可减小陶瓷的损伤破坏程度,提高陶瓷的界面击溃/侵彻转变速度,提高装甲陶瓷抗弹能力。利用动力有限元软件AUTODYN模拟了长杆弹撞击装甲陶瓷的界面击溃效应及其影响因素。在验证计算模型、参数及算法可靠的基础上,模拟研究了长杆弹头部形状、盖板、陶瓷预应力等对界面击溃效应的影响规律。结果表明:平头、球形和锥形头部形状长杆弹界面击溃/侵彻转变速度有显著差异;增加盖板及对陶瓷施加预应力均可减小陶瓷的损伤破坏程度,提高陶瓷的界面击溃/侵彻转变速度,提高装甲陶瓷抗弹能力。     

某装甲钢垫板失效分析

某装甲钢垫板在进行水压矫正时发生开裂。利用光学显微镜、透射电子显微镜等测试手段,对开裂的装甲钢垫板进行断口分析、化学成分分析、金相组织分析和硬度测定。结果表明,由于钢中奥氏体晶粒粗大,且存在沿奥氏体晶界析出的硼相,导致垫板在淬火时于直角处首先开裂,在随后的矫正过程中,垫板从起始处继续开裂,最终导致垫板开裂失效。     

某装甲钢垫板失效分析

某装甲钢垫板在进行水压矫正时发生开裂。利用光学显微镜、透射电子显微镜等测试手段,对开裂的装甲钢垫板进行断口分析、化学成分分析、金相组织分析和硬度测定。结果表明,由于钢中奥氏体晶粒粗大,且存在沿奥氏体晶界析出的硼相,导致垫板在淬火时于直角处首先开裂,在随后的矫正过程中,垫板从起始处继续开裂,最终导致垫板开裂失效。     

基于集总参数法的坦克装甲传热分析

为研究坦克装甲热特征,基于集总参数法进行坦克装甲单元划分,建立了热平衡方程,搭建了坦克装甲热网络,确定了热平衡计算求解方法。对某型坦克在设计工况下的装甲温度进行计算,得出了热特征明显的高温区域,并分析了原因。对某型坦克装甲温度进行试验测量,将测量值与计算值进行了对比,最大误差为6.92%,验证了该模型的合理性。     

活性药型罩聚能装药破甲后效超压特性

采用实验研究和理论分析相结合的方法,对活性药型罩聚能装药破甲后效超压特性进行了研究。通过地面静爆实验,测试了活性药型罩聚能装药穿透不同厚度靶板后的内爆超压特性。结果表明,在给定活性药型罩聚能装药结构的条件下,内爆超压随穿靶厚度基本呈抛物线衰减规律。进一步结合准定常理想不可压缩流体力学理论,引入活性材料能量释放激活延时参数,建立了破甲后效超压半经验分析模型。利用该模型预测的活性射流破甲后效超压与实验测试结果吻合较好。分析了活性材料能量释放激活延时对破甲后效超压的影响特性。     

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%。     

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。     

软体防弹衣穿透概率的分析

穿透概率曲线（POP曲线）的建立为防护材料的评估提供更合理的方法,它能评估低速度的穿透概率,具有非常重要的实际意义。文中以超高分子量聚乙烯防弹衣（PE防弹衣）为研究对象,采用51式7.62mm手枪弹进行弹击测试,通过逻辑回归和线性回归两种方法建立了POP曲线,获得了PE防弹衣的v50（穿透概率为50％的速度）和v05（穿透概率为5％的速度）. 两种方法得到的v50均为592 m/s,非常接近;逻辑回归法得到v05 为538 m/s,而线性回归法则为514 m/s. 结果表明逻辑回归法更适合推算低穿透概率的速度。     

步枪弹侵彻带软硬复合防护明胶靶标的数值模拟

为研究步枪弹撞击带软硬复合防护明胶靶标的作用过程和作用机理,采用显式有限元方法对7.62 mm步枪弹侵彻复合靶标过程进行数值模拟,分析侵彻过程中的典型现象及明胶靶标动态响应。数值计算结果表明：陶瓷锥的形成是由压缩应力波和拉伸应力波共同作用的结果;弹头加速度变化存在明显的分段与拐点,侵彻陶瓷面板过程中,加速度达到最大,侵彻聚乙烯（PE）背板层时,出现第二个拐点;由于防护层存在多个界面,撞击过程中PE背板界面存在速度多峰现象：当弹头运动加速度达到最大时,PE背板界面出现第一个速度峰,明胶界面出现第一个压力峰;当弹头开始侵彻PE背板时,背板层出现第二个速度峰;在步枪弹撞击过程中明胶内压力波传递呈现球形波基本形态,压力峰值随距离增加呈指数衰减。     

装甲防护技术研究新进展

从材料、结构和处理工艺三方面对装甲防护技术研究进展情况进行综述,对一些相关研究进行了分析,并简述了材料技术发展对装甲防护的影响和未来装甲材料发展趋势,对学者进一步研究装甲车辆防护技术有重要参考意义。