防弹玻璃动态力学响应规律及抗弹性能研究

采用霍普金森压杆对防弹玻璃进行动态压缩实验,分析其破坏机理和防护机理,并通过靶试试验研究PVB夹层防弹玻璃的抗弹性能。结果表明:玻璃的压缩强度随应变率的增加而增大,但压缩失效应变随应变率的增大而减小;胶层可以有效提高玻璃的动态失效应变,使玻璃的吸能能力大幅提高;玻璃的动态强度随试样厚度的增加而提高,动态失效应变随试样的横截面积的增加而升高;玻璃在冲击载荷下出现大量裂纹并粉碎破坏,需要消耗大量能量作为表面能,从而能够有效消耗子弹的能量;PVB夹层防弹玻璃具有较强的防弹性能,且当迎弹层较厚时弹坑深度较浅。     

低速冲击下PVB夹层玻璃的破坏模式试验研究

通过落锤试验,得到不同冲击能量下夹层玻璃的破坏模式,同时得到夹层玻璃在集中载荷冲击下的冲击力时程曲线和位移时程曲线,进而分析玻璃厚度以及聚乙烯醇缩丁醛(PVB)夹层厚度对夹层玻璃抗冲击性能的影响。试验结果表明:增加玻璃厚度或增加PVB夹层厚度都能减小夹层玻璃的位移,但二者机理不同;对于玻璃厚度相同而PVB夹层厚度不同的夹层玻璃,达到同一破坏模式所需冲击能量大致相同,PVB夹层越厚,在相同冲击能量下的冲击力越小,PVB夹层厚度的增加能吸收更多的冲击能量;对于PVB夹层厚度相同而玻璃厚度不同的夹层玻璃,玻璃厚度越大则夹层玻璃的刚度和承载力越大,在相同冲击能量下的冲击力也越大。     

基于Hopkinson杆试验技术的PA-GF50复合材料动态力学行为

为研究纤维含量50%短玻璃纤维增强聚酰胺复合材料PA-GF50的动态力学性能及其应变率效应,利用准静态液压试验机及分离式Hopkinson压杆、Hopkinson拉杆对标距段尺寸为6~10 mm的试样,进行了应变率范围0.000 5~1 600 s^-1的准静态压缩、准静态拉伸、动态压缩和动态拉伸试验。对试样的应力-应变曲线和最终破坏形态,材料在不同应变率下失效破坏过程的微结构力学机理进行了分析。研究结果表明：动态载荷下,材料强度明显高于准静态载荷（压缩载荷下材料在400 s^-1、900 s^-1和1 600 s^-1应变率下分别较准静态载荷下增强31%、25%和29%;拉伸载荷下材料在400 s^-1、800 s^-1和1 200 s^-1应变率下分别较准静态载荷下增强46%、47%和28%）,且失效应变有所降低;试样变形和最终破坏形态为压缩载荷下试样经历缺陷压实过程再进入弹性变形最终达到强度后失效,拉伸载荷下试样经历弹性变形达到强度后失效断裂;材料在不同应变率下的微结构机理为准静态载荷下微观裂纹扩展组合成为宏观裂纹,动态载荷下微裂纹分别扩展成为宏观裂纹;试样的宏观断口和扫描电子显微镜结果证实,材料在准静态压缩加载条件下断口较为平整,动态压缩载荷形成纤维拔出、纤维断裂等特征,准静态拉伸载荷下纤维拔出明显,而动态拉伸载荷下主要表现为纤维断裂。     

聚碳酸酯冲击力学响应规律及防暴性能研究

对聚碳酸酯的冲击力学性能进行研究,分析其破坏和防护机理,并对防暴性能进行研究。结果表明:聚碳酸酯的压缩应力-应变曲线分为弹性区和屈服区;聚碳酸酯表现出明显的应变率强化效应,其压缩强度和吸能能力随着应变率的增加而增大;低温条件下聚碳酸酯冲击韧性大幅下降,出现脆性断裂,防暴能力有所下降;聚碳酸酯的冲击韧性较好,在受到冲击时可以发生变形并吸收冲击能量,且冲击失效应变较大,因此可以很好地应用在防暴领域。     

铁基泡沫材料动态压缩力学性能与吸能特性分析

针对航空航天兵器等领域对抗冲击材料与结构的迫切需求,采用霍普金森压杆系统,研究铁基泡沫材料动态压缩力学性能,并给出不同应变率下铁基泡沫材料的能量吸收特性。结果表明:铁基泡沫材料具有较强的应变率敏感性,与静态压缩相比,动态加载条件下铁基泡沫材料的最大压缩应变更大,且动态压缩曲线出现应力平台段,应力平台值随应变率增大而增大;铁基泡沫材料在4个应变率下的单位体积吸收能量分别为169.45、202.36、219.26、254.24 kJ/m3,其单位体积吸收能量值随应变率的增大呈线性上升趋势。     

初始取向对AZ31镁合金动态力学行为和组织的影响

为研究初始取向对镁合金在高应变率下的动态变形行为,利用分离式Hopkinson压杆系统对具有不同取向的挤压态AZ31镁合金进行室温动态压缩实验,并通过金相显微镜对冲击后的显微组织进行分析。结果表明:平行于挤压方向(ED)的试样,应力-应变曲线出现屈服转折现象,随应变率的升高保持不变,对应变速率不敏感,屈服强度为50 MPa;但其显微组织变化对应变速率非常敏感,随应变率的提高,显微组织中孪晶数量减少,变形机制以孪生为主转变为以滑移和孪生两种方式为主;垂直于ED的试样,应力-应变曲线无明显的屈服现象,随应变率的提高,屈服强度小幅增大,孪晶数量增加,变形机制以非基面滑移为主向以非基面滑移和压缩孪晶的共同作用为主。     

褶皱层数对玻璃纤维层合板拉伸性能的影响

为考察褶皱层数对玻璃纤维增强树脂基复合材料层合板拉伸性能的影响,开展无褶皱和不同褶皱层数的试件拉伸测试,基于三维Hashin失效准则和渐进损伤失效理论建立有限元强度预测模型,对比分析试验与数值仿真结果.结果表明:拉伸强度随褶皱层数增加显著降低,铺层全褶皱时拉伸强度降低约50％;拉伸弦向弹性模量随褶皱层数增加而降低,破坏应变随褶皱层数增加而增大;最内侧,基体开裂和纤维断裂是最主要的失效形式;建立的有限元仿真模型可准确预测不同褶皱层数的玻璃纤维增强树脂基复合材料层合板的拉伸强度和失效模式.     

大直径SHPB系统角闪岩的冲击动力试验

采用大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,在波形整形技术试验的基础上,对不同厚度的圆柱形角闪岩试件在冲击压缩过程中的应力均匀性进行分析,确定了岩石试件的最佳尺寸;对角闪岩在高应变率下的动态力学性能进行试验;分析了其应力应变曲线的力学特性;并从岩石材料微观结构的角度对角闪岩动态抗压强度、破坏形态和能量耗散随应变率的变化规律进行了研究。结果表明,在较低应变率下,角闪岩试件的动态压缩破坏呈显著的轴向劈裂破坏模式;在较高应变率下,试件破坏呈现压碎破坏模式;角闪岩的比能量吸收值与应变率.ε呈线性关系,而动态抗压强度增长因子η(即动态抗压强度)与.ε1/3成线性关系。     

SiC/Zr基非晶复合材料的动态断裂特性研究

利用Hopkinson压杆冲击加载装置和扫描电子显微镜(SEM),对SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料圆柱形试样进行了相关的应力-应变响应和动态断裂特征及断口形貌的研究。结果表明:SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料的动态压缩强度随冲击压力的增大而递增,当冲击压力为0.6 MPa时,复合材料的动态压缩强度为855 MPa;断裂表面呈现典型的结晶状断口,断裂模式为脆性断裂和劈裂混合破坏模式;非晶基体在动态压缩条件下出现了显著的热软化和熔化特征。     

高温及机械应力对PBX力学行为的影响规律及机理分析

为了获得高温和机械应力对高聚物粘接炸药(PBX)力学行为的影响规律,基于材料试验机的结果获得了以HMX为基的PBX-1及以TATB为基的PBX-2在不同高温和机械应力作用下的力学响应规律,用动态热机械分析仪(DMA)和扫描电子显微镜(SEM)分析了它们的力学性能的变化机理。结果表明,在25~90℃高温-力耦合加载下,两种PBX的拉伸、压缩强度随温度升高而降低,但破坏应变在一些温度点产生突变,PBX-1的应变突变温度点约为65℃,PBX-2分别约为35、55℃和75℃;PBX-1的高温-力顺序加载响应规律包含两个温度段,25~150℃为第一阶段,该范围的高温作用下材料压缩强度和破坏应变几乎不会变化,150~200℃为第二阶段,破坏应变随温度升高而增大,压缩强度先减小后增大,在180℃最低。高温-力耦合作用下,粘结剂相态变化和粘弹特性改变是影响PBX高温软化和力学性能劣化的主要原因,其软化-流动-粘流化将引起PBX的变形行为特别是拉伸及压缩破坏应变的突变,同时导致PBX破坏模式由脆断向脱粘失效转变,PBX的突变温度与粘结剂的物态转变温度相对应。对于高温-力顺序加载,粘结剂弹性回复和炸药晶体无损伤是PBX-1在25~150℃力学性能不变的主要原因,炸药晶体在180℃附近会发生高温破碎,导致PBX-1的压缩强度在180℃附近达到最低值。     

防弹玻璃在子弹冲击下的数值模拟研究

为研究防弹玻璃对步枪子弹的防护能力,建立了精细化的防弹玻璃数值模拟方法,分析了多层材料层合而成的防弹玻璃在7.62mm步枪子弹打击下的动力学响应与毁伤机理;通过子弹打击防弹玻璃的试验获得了防弹玻璃的破坏过程,验证了防弹玻璃侵彻毁伤及防护机理。研究表明:文章所用数值模拟方法可准确的描述子弹对防弹玻璃的复杂侵彻过程,可在未来提高防弹玻璃的设计效率。     

以气凝胶为夹层的复合结构抗弹性能研究

对气凝胶分别与防弹纤维、SiC/Al复合材料和陶瓷组成的复合靶板进行靶试试验,研究气凝胶作为夹层时复合结构的抗弹性能。结果表明：当防弹纤维后面加上气凝胶夹层后,强度较低的气凝胶夹层使防弹纤维面板的变形有了很大的扩展空间,复合靶板吸收弹头动能的能力大幅提高,同时可以有效防止弹头的非贯穿性伤害。SiC/Al复合材料后面加上气凝胶夹层后,复合靶板的抗弹性能提高不明显,但可以大幅提高复合材料受到冲击后的完整性。当气凝胶作为夹层放置在陶瓷面板后面时,陶瓷面板由于没有足够的支撑作用而发生弯曲破坏,反而导致整个复合结构的防弹能力降低。     

国内外防弹标准防护等级的研究与对比

一部完善合理的防弹标准不仅可以对防弹材料的防护等级进行正确的划分,而且能为行动指挥者面对危险时选用不同的防护装备提供高效实用的指导。各个国家或国际组织的防弹标准根据各自特殊情况所制定,因此不同国家的防弹标准在防护级别上有所差异。主要从防弹衣、防弹头盔、装甲防护车辆、透明装甲材料和其他防弹设备四个方面归纳了一些国内外常用防弹标准,对不同防弹标准中各防护级别的弹丸侵彻能量进行横向对比,并对其中4种常用测试弹丸的弹心材质和形貌结构进行比较与分析。通过对常用防弹标准的对比与分析,总结出国内外常用防弹标准在防护等级和所测试弹丸威力等方面的异同,期望能对从事相关行业的研究人员选用或修改完善防弹标准有所启发与帮助。     

低速冲击下的聚乙烯醇缩丁醛夹层风挡玻璃动态响应研究

利用准静态3点弯曲实验技术获得了聚乙烯醇缩丁醛(PVB)夹层风挡玻璃力学性能,并建立其线弹性本构关系。将建立的本构关系嵌入有限元软件中对人体头部冲击PVB夹层风挡玻璃进行数值模拟分析。结果表明,PVB夹层风挡玻璃在人体头部冲击下容易发生破损,也具有一定的吸能效果。力学实验结合数值分析方法为研究PVB夹层风挡玻璃动态响应提供了一条有效的途径。     

步枪弹对带软硬复合防护明胶靶标的侵彻机制研究

为研究步枪弹对带软硬复合防护明胶靶标的侵彻机制,采用有限元分析软件ANSYS/ LS-DYNA建立步枪弹侵彻复合靶标的数值模型。通过该模型模拟了侵彻过程中的钝性冲击现象和明胶瞬态响应,并进行了试验验证。研究结果表明：步枪弹侵彻陶瓷板过程中消耗了弹头大部分能量;明胶内瞬时空腔呈现椭球形基本形态,空腔最大凹陷深度和膨胀速度分别为25.6 mm和35.7 m/s;压力波在明胶内以球面波形式向外传播,在弹着点处峰值压力最大,且压力幅值随着传播距离的增大而不断减小;弹头速度先有一段明显的下降过程,而加速度绝对值则先增大,随后它们都逐渐衰减至0 m/s和0 m/s²;陶瓷板的破坏主要是由拉应力和压应力的反复作用造成的;数值计算结果与试验结果的一致性较好,验证了数值模拟模型的准确性。     

牛皮模拟靶标的弹道损伤特性

为研究牛皮模拟靶标与人体皮肤的相似性,开展离体牛皮和活体动物的弹道冲击试验以及离体牛皮的力学性能试验.分析牛皮力学性能、极限穿透特性,以及动物和牛皮的冲击损伤特征.结果表明:牛皮与人体死尸(PMHS)皮肤的拉伸失效过程表现出相似的3段:缓慢上升、线性上升、急速下降,应变能密度、失效强度和失效应变相对误差分别为6.56％...     

有机气凝胶动态力学响应规律及防护性能

使用霍普金森压杆对有机气凝胶的动态力学响应规律进行研究,并对有机气凝胶的破坏机理和防护机理及防护性能进行研究。结果表明：有机气凝胶在动态压缩下表现出非常明显的应变率强化效应,吸能大幅增加;在冲击加载过程中有机气凝胶呈现粉碎破坏,胶体粒子发生熔合的现象;有机气凝胶具有较好的抗弹性能和较高的质量防护系数。     

聚苯乙烯混凝土的冲击压缩性能实验研究

采用φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置研究了多种聚苯乙烯(EPS)体积掺量的EPS混凝土在不同应变率下的冲击压缩力学性能.分析了应变率效应以及EPS体积掺量对抗压强度及变形的影响.结果表明:EPS混凝土材料呈现出显著的应变率相关性.随着EPS体积掺量的增加,EPS混凝土的动态抗压强度降低,变形能力得到...