钨柱破片对装甲钢的侵彻研究

研究典型柱型破片质量、着靶姿态对装甲钢的弹道极限速度(V₅₀)的影响规律，可为战斗部毁伤元设计提供有效的参考数据。通过弹道冲击试验获取了长径比为1,质量5 g的钨柱在0°和90°着靶姿态下对10 mm装甲钢的V₅₀。试验得到钨柱破片纵向正侵彻10 mm装甲钢的V₅₀为745 m/s,横向正侵彻10 mm装甲钢的V₅₀为761 m/s,钨柱破片在侵彻过程中，破片被横向镦粗，破片头部受靶板挤压磨蚀，形成不规则蘑菇头状翻边。基于试验数据的单一性，通过数值模拟获取了不同着靶姿态下3种典型钨柱(3 g, 5 g, 8 g)对10 mm装甲钢板的V₅₀,并探索了着靶姿态和破片质量对V₅₀变化的影响规律，对比试验与数值模拟结果，两者相对误差在10%左右。研究发现，不同着靶姿态下，钨柱破片侵彻装甲钢的V₅₀存在波动区间，破片纵向正着靶时V₅₀最小，破片以40°～60°着靶姿态角着靶时V₅₀最大，钨柱破片V<...     

Kevlar-129纤维复合材料抗侵彻性能数值模拟

采用AUTODYN有限元软件,数值模拟了不同初速度下FSP破片对10 mm厚Kevlar-129纤维复合靶板的侵彻过程,获取了不同初速度下破片侵彻靶板后的剩余速度,计算了芳纶复合靶板的弹道极限,并将该值与弹道测试试验数据进行了对比.此外,研究了破片侵彻纤维复合靶板深度与破片初速度的关系.结果显示,Kevlar-129纤维复合材料弹道极限的数值模拟值与弹道实验测试值相吻合;破片初速度小于320m/s时,破片剩余速度随着破片初速度的增加而减小;破片初速度大于320m/s时,破片剩余速度随着破片初速度的增加而增大;破片初速度小于靶板的弹道极限时,破片侵彻靶板的深度随着破片初速度的增长呈二次函数增长.     

纤维增强复合材料三明治板的破片穿甲实验

研究了钢板-纤维增强复合材料板-钢板构成的三明治结构对破片的防护性能。通过破片模拟弹丸(FSP)高速撞击不同结构三明治板实验, 获得FSP弹丸贯穿16种三明治板的弹道极限, 分析结构特征对纤维增强复合材料三明治板比吸收能的影响。结果表明, 叠层芳纶、玻纤基三明治板较单层结构三明治板比吸收能分别提高了8.31%和16.09%, 8 mm面板+8 mm夹层+6 mm背板芳纶、玻纤基三明治板较4 mm面板+8 mm夹层+10 mm背板的芳纶、玻纤基三明治板比吸收能分别提高了37.72%和25.35%; 芳纶、玻纤基三明治板的比吸收能均随复合材料夹层厚度的增加呈指数递增, 夹层基板的抗拉性能是影响三明治板比吸收能的重要因素; 同面密度下, 厚面板、薄背板及多层叠合夹层结构的三明治板具有更高的比吸收能。     

钨合金球形破片侵彻陶瓷/DFRP复合靶的弹道极限速度

研究钨合金球形破片垂直侵彻陶瓷/DFRP复合靶的弹道极限速度v50。首先,利用弹道枪动加载设备,对钨合金球形破片垂直撞击不同厚度比的陶瓷/DFRP复合靶进行了实验研究,获得了弹道极限速度(v50)与复合靶面密度(AD)之间的关系;其次,根据量纲分析和相似理论,研究了钨合金球形破片侵彻陶瓷/DFRP复合靶的模拟律,并建立了弹道极限速度v50的经验关系式。经验关系的预测值与实验结果吻合较好。研究结果对破片式战斗部及轻型装甲防护结构的优化设计都具有十分重要的应用价值。     

纤维增强复合材料三明治板破片穿甲数值仿真

研究破片对（由钢板、纤维增强复合材料板及钢板叠合而成）纤维增强复合材料三明治板穿甲过程中能量转化规律。进行破片模拟弹丸(FSP)对不同结构三明治板高速穿甲数值仿真,获得FSP破片对16种三明治板的弹道极限,并与实验结果对比验证数值仿真的可信度。通过分析数值仿真结果,进一步研究破片临界贯穿条件下纤维增强复合材料三明治板各组成部分吸能比率与结构尺寸相关性。结果表明,不同厚度夹层板的吸能比率恒定(芳纶纤维10.41%,玻璃纤维2.68%),夹层板内能随厚度的增加呈二次函数增加。由此获得破片对纤维增强复合材料三明治板弹道极限速度计算方法。     

圆柱形破片侵彻纤维增强复合材料三明治板的弹道极限模型EI北大核心CSCD

分析了圆柱形破片侵彻纤维增强复合材料三明治板的过程,基于能量守恒定律分别对圆柱形破片侵彻面板、复合材料夹层和背板三个阶段中消耗的能量进行了理论推导,建立了圆柱形破片侵彻纤维增强复合材料三明治板的计算模型,并得到了剩余速度的计算公式,令剩余速度等于零,即可得到弹道极限。将计算模型得出的结果与试验结果进行了对比,验证了计算模型的可行性与有效性。该计算模型可以为钢/纤维增强复合材料/钢复合装甲结构的抗侵彻设计提供指导。     

圆柱形破片侵彻纤维增强复合材料三明治板的弹道极限模型

分析了圆柱形破片侵彻纤维增强复合材料三明治板的过程,基于能量守恒定律分别对圆柱形破片侵彻面板、复合材料夹层和背板三个阶段中消耗的能量进行了理论推导,建立了圆柱形破片侵彻纤维增强复合材料三明治板的计算模型,并得到了剩余速度的计算公式,令剩余速度等于零,即可得到弹道极限。将计算模型得出的结果与试验结果进行了对比,验证了计算模型的可行性与有效性。该计算模型可以为钢/纤维增强复合材料/钢复合装甲结构的抗侵彻设计提供指导。     

间隙对A3钢薄板抗卵形头弹侵彻性能影响的实验研究

为了分析板间间隙大小对双层板失效模式以及抗侵彻性能的影响,本文利用轻气炮进行了卵形杆弹正撞击单层板和等厚双层板的实验研究,得到了各种结构靶体的初始-剩余速度曲线和弹道极限速度。实验表明,对于卵形弹,单层板的弹道极限高于双层板的弹道极限,包括接触式和间隙式。当总厚度一定时,多层板的弹道极限随分层数目的增加而减小。此外,间隙大小对间隙式双层板的抗侵彻性能影响小,并且随着弹体初始速度的增加而减小。     

蜂窝铝夹芯板抗侵彻性能研究

为探究蜂窝铝夹芯板的抗侵彻性能。对?6 mm钨球侵彻蜂窝铝夹芯板进行试验研究,得到弹道极限速度为169 m/s;为进一步比较侵彻蜂窝铝夹芯板抗侵彻规律,使用LS-DYNA进行数值模拟,将不同形状破片侵彻蜂窝铝夹芯板与间隔铝靶进行分析比较,并通过数值模拟与改进后的De Marre公式对2A12等效靶厚度计算结果进行对比分析,结果为：抗球形破片侵彻最差,夹芯层可增加靶板约18%的强度;数值模拟的等效2A12铝靶厚度为1.30 mm,理论计算为1.33 mm,相对误差在5%以内,可满足工程计算要求。研究结果可为反卫星和反航天目标战斗部的设计提供参考。     

蜂窝铝夹芯板抗侵彻性能研究EI北大核心CSCD

为探究蜂窝铝夹芯板的抗侵彻性能。对?6 mm钨球侵彻蜂窝铝夹芯板进行试验研究,得到弹道极限速度为169 m/s;为进一步比较侵彻蜂窝铝夹芯板抗侵彻规律,使用LS-DYNA进行数值模拟,将不同形状破片侵彻蜂窝铝夹芯板与间隔铝靶进行分析比较,并通过数值模拟与改进后的De Marre公式对2A12等效靶厚度计算结果进行对比分析,结果为:抗球形破片侵彻最差,夹芯层可增加靶板约18%的强度;数值模拟的等效2A12铝靶厚度为1.30 mm,理论计算为1.33 mm,相对误差在5%以内,可满足工程计算要求。研究结果可为反卫星和反航天目标战斗部的设计提供参考。     

TC4钛合金板厚度对其撞击失效特性影响研究

为了揭示TC4钛合金板抗撞击性能与失效模式随厚度的变化规律及机理,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立平头弹撞击不同厚度靶板的模型,对弹体撞击不同厚度靶板进行计算。通过对比数值仿真与撞击实验结果,验证仿真模型的有效性。研究结果表明,靶板的主要失效模式、耗能机制、弹道极限随其厚度增加会发生改变,靶板厚度存在对应的转折值。对于TC4钛合金薄板,当靶板厚度比较小时,靶板拉伸撕裂破坏占主导作用。但是,当靶板厚度比较大时,靶板主要失效模式是局部剪切破坏。当靶板厚度小于4 mm、大于8 mm时,弹道极限速度随靶板厚度的增加而增加;当厚度为4~8 mm时,弹道极速度变化不明显。     

High velocity impact response of Kevlar-29/epoxy and 6061-T6 aluminum laminated panels

The high velocity impact response of composite laminated plates has been experimentally investigated using a nitrogen gas gun. Tests were undertaken on sandwich structures based on Kevlar-29 fiber/epoxy resin with different stacking sequence of 6061-T6 Al plates. Impact testing was conducted using cylindrical shape of 7.62 mm diameter steel projectile at a range of velocities (180–400 m/s) were investigated to achieve complete perforation of the target. The numerical parametric study of ballistic impact caused by same conditions in experimental work is undertaken to predict the ballistic limit velocity, energy absorbed by the target and comparison between simulation by using ANSYS Autodyn 3D v.12 software and experimental work and study the effects of shape of the projectile with different (4, 8 and 12 mm) thicknesses on ballistic limit velocity. The sequence of Al plate position (front, middle and back) inside laminate plates of composite specimen was also studied. The Al back stacking sequence plate for overall results obtained was the optimum structure to resist the impact loading.The results obtained hereby are in good agreement with the experimental (maximum error of 3.64%) data where it has been shown that these novel sandwich structures exhibit excellent energy absorbing characteristics under high velocity impact loading conditions. Hence it is considered suitable for applications of armor system.     

三维编织复合材料弹道侵彻准细观层次有限元计算

三维编织复合材料相比于层合复合材料有较高的层间剪切强度和断裂韧性,因而具有更高的冲击损伤容限。用钢芯弹对三维编织复合材料作弹道贯穿测试,得到弹体的入射速度和剩余速度,并考察侵彻破坏模式。目前对三维编织复合材料弹道侵彻性能计算主要建立在连续介质假设上,从真实细观结构计算三维编织复合材料弹道冲击性能尚有一定难度,用三维结构复合材料的纤维倾斜模型在准细观结构层次上分解三维编织复合材料,就其中的一块倾斜单向板作弹道侵彻有限元计算,由弹体动能损失得到贯穿整个复合材料靶体后弹体的剩余速度。有限元计算及与弹道测试结果的比较证明在准细观层次上计算三维编织复合材料弹道冲击性能的有效性。      

碳纤维编织复合材料层合板抗侵彻性能研究

通过弹道冲击实验开展了碳纤维编织复合材料层合板的抗侵彻性能研究,进行了动态响应分析和损伤模式分析。建立了基于Hashin失效和Yeh分层失效准则的渐进损伤模型,运用ABAQUS有限元软件模拟了碳纤维编织复合材料层合板的侵彻失效过程,采用Lambert-Jonas公式拟合了柱状弹侵彻层合板弹道极限曲线,对比分析了碳纤维编织复合材料层合板侵彻实验与数值模拟的弹道极限速度及损伤形貌。结果表明,层合板侵彻损伤模式主要为分层、纤维断裂和基体开裂失效,弹道极限速度数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

玻璃纤维-不锈钢网混杂增强环氧树脂层合板对球形弹斜冲击响应特性实验研究

为了研究玻璃纤维-不锈钢网混杂增强环氧树脂层合板在球形弹高速斜冲击下的损伤特性,利用一级气炮对2 mm厚度的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层合板和含一层、三层304不锈钢网的玻璃纤维-不锈钢网混杂增强环氧树脂层合板进行倾角为30°的冲击实验,以揭示304不锈钢网对层合板弹道极限和能量吸收的影响规律,并分析层合板损伤特征及其机理。通过实验发现,含有三层不锈钢网层合板的弹道极限最高,而不含不锈钢网层合板和含一层不锈钢网层合板的弹道极限速度接近。层合板吸收的能量随着弹体速度增加呈现出先增加后趋于平稳,然后急剧上升的趋势。层合板损伤模式为基体开裂和破碎、分层、不锈钢丝拉伸断裂、纤维拉伸断裂和剪切断裂。层合板分层损伤面积随弹体速度增大先增大后减小,最后趋于稳定。当弹体速度较低时,层合板主要发生纤维拉伸断裂、基体开裂、层间有分层损伤产生。随着弹体速度的增大,层合板正面纤维逐渐发生压剪断裂、基体破碎,背面纤维发生严重的拉伸撕裂。      

基于犰狳外壳仿生的SiC-超高分子量聚乙烯柔性防护板的试验测试和有限元模拟

个体防护装甲的发展对提高单兵作战能力具有重要意义,基于仿生研究可以为设计高性能装甲提供新的思路。犰狳外壳由六边形鳞片紧密拼接而成,采用分层结构设计,具有很好的柔性和防护能力。本文借鉴犰狳外壳的几何排列模式,采用SiC陶瓷片模仿硬质壳层,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)热压板模仿软质壳层,按1∶1厚度比例设计制备仿生复合鳞片,将仿生鳞片紧密排列后封装制成一种新型柔性复合防弹插板。为了验证该种防弹插板的防弹性能并研究其破坏特征,进行弹道极限V0试验测试,结合有限元模拟分析其抗7.62 mm手枪弹侵彻的能力。结果表明:该柔性防弹插板不仅满足防弹性能要求,且具备较好的柔性,可为今后新型防弹插板的设计和优化提供参考。      

纤维增强树脂基复合材料防弹性能影响因素及破坏机制

以超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)纤维、S-玻璃纤维、芳纶1414纤维和杂环芳纶纤维增强聚烯烃(Polyolefin,PO)和水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane,WPU)树脂,采用热压工艺制备正交单向无纬(UD)结构复合材料装甲板;通过装甲板弹道极限速度测试,研究了纤维增强树脂基复合材料装甲板防弹性能的影响因素;通过体视显微镜观察装甲板侵彻破坏形貌,分析了纤维增强树脂基复合材料的破坏机制。结果表明:UHMWPE纤维增强PO树脂基复合材料的防弹性能与UHMWPE纤维的强度和模量呈正相关,但纤维模量对复合材料防弹性能的影响随着纤维模量的增大而逐渐变弱;在WPU树脂体系下,四种纤维的防弹性能由高到低依次是UHMWPE纤维、杂环芳纶纤维、芳纶1414纤维、S-玻璃纤维;纤维增强树脂基复合材料装甲板中纤维破坏方式有迎弹面纤维被剪切冲塞、中部被纤维拉伸变形后剪切、背弹面纤维被拉伸断裂,中部纤维拉伸变形是消耗子弹动能的主要方式。     

Analytical and numerical investigation of polyurea layered aluminium plates subjected to high velocity projectile impact

This paper discusses on the penetration of high velocity projectiles through aluminium–polyurea composite layered plate systems. An analytical model has been proposed to predict the residual velocity of aluminium–polyurea composite plates, and validated with both experimental and numerical investigations. Full metal jacket (FMJ) projectiles (5.56 mm × 45 mm), corresponding to NATO standard SS109, were fired at the aluminium–polyurea composite layered plate systems from a distance of 10.0 m at a fixed velocity of 945 m/s. Four different composite plate configurations were used with thicknesses varying from 16 to 34 mm. Each configuration consisted of six specimens. Residual velocities for each individual test were recorded. Numerical simulations of the penetration process have been performed using advanced finite element code LS-DYNA®. The well-established Johnson–Cook and Mooney–Rivlin material models were used to represent the stress–strain behaviour of aluminium and polyurea in the numerical analysis. The analytical and numerical models provided good approximations for the residual velocities measured during the experimental tests. Polyurea layers contributed positively towards the reduction of residual velocity of the projectile in composite plate systems. In addition, ballistic limit curves for different composite systems have been established based on the validated models. As the results showed that polyurea contributes positively towards the reduction of residual velocity of projectiles, the findings of this study can be effectively used for the similar applications in future armour industry.