破片模拟弹侵彻钢板的有限元分析

根据破片模拟弹侵彻钢板的实验研究，采用MSC．Dytran对破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性、钢板的破坏模式以及弹体的侵彻速度、靶板的侵彻阻力进行了有限元分析，并将分析结果与实验结果进行了比较．分析结果表明，破片模拟弹冲击钢装甲的侵彻过程可大致分为初始接触、弹体侵入、剪切冲塞和穿甲破坏4个阶段．有限元分析的破片模拟弹侵彻特性及靶板破坏模式与实验观测结果有较好的一致性，在靶板破口的正面，与弹体平面凸缘两端接触的部分，变形以剪切为主，而与切削面接触的部分，以挤压变形为主；靶板破口背面为剪切冲塞破坏；有限元模拟的弹体剩余速度与实验结果吻合较好，弹体侵彻过程中弹靶作用界面的速度和侵彻速度近似呈线性变化．有限元分析结果还表明，采用适当的模型，有限元法能较好地模拟破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性以及钢板的破坏模式．     

强度失配对铝合金板焊接接头抗弹性能影响的有限元分析

通过建立7.62mm穿甲弹侵彻铝合金板的模型,采用Johnson-Cook材料模型模拟研究了焊接接头的强度失配对铝合金板抗弹性能的影响。研究结果表明:当子弹侵彻铝合金焊接接头附近时,由于材料的不均匀变形,子弹会改变侵彻方向,其方向角的改变大小与子弹速度、侵入位置、弹头形状、强度失配比、靶板厚度有关;当子弹以低速侵彻铝合金板中间的软焊缝材料时,由于变形局部化,出现材料的抗弹性能低于纯焊缝材料的情况;由于子弹侵彻方向的改变,出现部分区域的抗弹性能高于铝合金基体材料的情况。研究结果为不均匀材料的抗弹性能研究提供参考。     

碳化硅-超高分子量聚乙烯纤维增强树脂基复合材料复合装甲板的抗穿甲弹侵彻性能及其损伤机制

以碳化硅陶瓷(SiC)作为面板材料,超高分子量聚乙烯纤维增强水性聚氨酯树脂基复合材料层压板(UHMWPE/WPU)作为背板材料,通过真空袋膜压工艺制备SiC-UHMWPE/WPU复合装甲板。基于弹道冲击试验研究复合装甲板的结构参数对其抗穿甲弹侵彻性能的影响,采用X射线计算机断层扫描(X-ray computed tomography,CT)技术,研究复合装甲板在53式7.62 mm穿甲弹以弹速为(808(-8)⁺⁷)m/s进行多发弹道侵彻下的损伤模式。研究结果表明：SiC-UHMWPE/WPU复合装甲板的抗多发弹道侵彻能力随着UHMWPE/WPU厚度或SiC厚度的降低而逐渐下降,10 mm厚SiC+13 mm厚UHMWPE/WPU是试验中抗53式7.62 mm穿甲弹多发弹道侵彻的最佳工程应用结构;UHMWPE/WPU面密度的减少不仅影响UHMWPE/WPU的防护效率,其还通过降低对陶瓷面板的支撑作用,间接影响陶瓷的防护效率;弹道侵彻后的复合装甲板的损伤模式包括SiC碎裂、SiC与UHMWPE/WPU的界面破坏及UHMWPE/WPU的绝热剪切破坏、拉伸变形和分层破坏...     

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.     

超高分子量聚乙烯纤维/水性聚氨酯复合材料层压板抗软钢芯弹侵彻性能及其损伤机制

选用碳纳米粒子(CNPs)原位改性和未改性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维作为增强纤维,水性聚氨酯(WPU)作为树脂基体,采用缠绕-复合-热压工艺制备单向(UD)正交结构的UHMWPE纤维/WPU复合材料层压板。基于X射线计算机断层扫描(CT)技术,研究UHMWPE纤维/WPU复合材料层压板在7.62 mm×39 mm软钢芯弹以弹速为(720±10) m/s侵彻下的弹道响应。结果表明,UHMWPE纤维的CNPs原位改性提高了CNPs-UHMWPE纤维/WPU复合材料层压板抗单发侵彻性能,但会降低其抗多发打击的能力。对于未被穿透的层压板,其被侵彻过程可分为三个阶段,依次为剪切冲塞、断裂破坏和剩余子层的塑性变形,且每个阶段的厚度比依次为11.51%、44.40%和44.09%;层压板的分层响应主要发生在第二阶段,并集中在弹着点附近;每发弹丸侵彻导致层压板的破坏区域包含在以弹着点为圆心、直径约为70 mm的圆内。      

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。     

结构形式对舰船舷侧复合装甲结构抗穿甲性能的影响研究

为探讨结构形式对舰船舷侧复合装甲结构抗穿甲性能的影响,采用均质钢板前置和后置复合材料板分别模拟舰船舷侧外设和内设复合装甲结构,结合低速弹道冲击实验,分析和比较了两种结构形式组合靶板的穿甲破坏模式和抗弹吸能能力。在此基础上,得到了球头弹穿透后置组合靶板的剩余速度理论预测公式,并与试验结果进行了比较。结果表明,两种组合靶板中复合装甲板破坏模式的差异主要体现在迎弹面纤维剪切断裂的程度,而均质钢板则由于复合装甲板的影响,呈现出完全不同的破坏模式;后置组合靶板的抗弹吸能能力要大于前置组合靶板;将弹丸穿透后置组合靶板的剩余速度理论预测值与实验结果进行比较,两者吻合较好。     

装配式组合防爆墙抗高速破片侵彻性能研究

为研究一种新型的装配式双层钢板组合防爆墙结构的破坏分级指标,依据CONWEP程序计算所得的不同恐怖爆炸威胁等级下破片的特征参数,采用LS-DYNA软件,对组合防爆墙及等厚混凝土结构抗单破片及多破片高速法向撞击时的侵彻性能进行对比研究,分析了破片在防爆墙中的侵彻过程,得到了4种类型破片法向撞击下两种防爆墙的破坏特征以及破片侵彻深度、速度、加速度等特性参数的变化规律.分析表明,组合防爆墙抗破片侵彻性能明显优于混凝土结构,在研究结构破坏分级指标时须考虑多破片的破坏效应.     

钨合金球形破片对低碳钢的穿甲极限

摘　要：研究特定质量钨合金球形破片对低碳钢侵彻与贯穿中的极值。针对钨合金球形破片对半无限和有限厚度低碳钢的高弹速穿甲,首先通过数值仿真得到了典型直径破片的极限侵彻深度,同时获得了球形破片直径与极限穿透厚度的关系;在此基础上,针对不同直径破片进行了穿甲实验,实验结果与数值仿真及分析具有较好的一致性,根据实验现象和数值仿真分析了不同撞靶速度下破片的破损形式。研究结果具有重要的应用价值。     

玄武岩纤维增强复合材料抗弹性能试验研究

摘要：为了研究玄武岩纤维增强复合材料的抗弹性能,利用不同树脂基体制作了玄武岩纤维增强复合材料靶板试件,进行了弹道测试。研究了玄武岩纤维增强复合材料的抗侵彻性能和典型破坏模式,并分析了不同树脂基体和不同铺层方式对靶板防弹效果的影响。研究表明,玄武岩纤维增强复合材料在受弹体侵彻时,主要呈现局部破坏,破坏形式是迎弹面的纤维剪切失效、背弹面的拉伸断裂失效。另外,根据轻型防护的要求,提出设计新型防护结构的思路。研究结果可以为轻型复合装甲设计提供参考。     

防半穿甲导弹战斗部动能穿甲模拟试验研究

根据半穿甲导弹破坏机理和穿甲力学中的相似理论，以目前世界上典型的半穿甲导弹战斗部为模拟对象，设计出试验装置、弹丸和3个系列共十几种结构形式的靶板。通过对试验结果的分析比较，得出各种装甲结构形式抗半穿甲导弹动能穿甲特性。     

层间混杂复合材料装甲板防弹性能及其防弹机制

为研究层间混杂复合材料装甲板的防弹性能及其防弹机制,采用钢芯弹侵彻层间混杂复合材料装甲板。以超高分子量聚乙烯（Ultra high molecular weight polyethylene,UHMWPE）纤维、对位芳香族聚酰胺纤维作增强纤维,水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane,WPU）树脂和环氧树脂（Epoxy resin,EP）作基体,采用热压工艺制备单向（Unidirectional,UD）结构的层间混杂复合材料装甲板。研究混杂比例、防弹面和树脂基体对混杂复合材料装甲板防弹性能的影响以及弹击后混杂复合材料装甲板的破坏形貌,分析混杂复合材料装甲板的防弹机制,并对复合材料装甲板的破坏机制进行了分析。结果表明:混杂复合材料装甲板的防弹性能优于其任一单一纤维复合材料装甲板;WPU的防弹性能要优于环氧树脂;以UHMWPE纤维复合材料充当防弹面时,混杂复合材料装甲板具有更好的防弹性能;纤维拉伸变形和装甲板分层是纤维复合材料装甲板主要的吸能方式。      

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。     

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。     

用数值方法分析板梁结构抗动能穿甲性能

船体外板处于舰船防护结构的最外层，在受到半穿甲导弹攻击时起到限制其侵入深度的作用。根据前人的研究表明，考虑到抗穿甲能力、自重以及强度等各种影响因素，板梁结构可能是一种较优的抗穿甲结构形式。然而由于缺乏更深入说细的研究，难以弄清其抗穿甲机理。采用非线性动力学有限元计算程序LS-DYNA对半球形状半穿甲导弹作用下板梁结构抗穿甲性能进行了数值模拟研究。分析了板粱结构在穿甲过程中对弹体动能的吸收情况。对觇船防护结构设计有一定的指导意义。     

N形装甲板抗穿甲弹侵彻性能数值模拟

面向军用车辆弹道防护需求,针对一种由孔板、斜板和基板组成的N形结构装甲板,进行了其抗7.62 mm穿甲弹侵彻性能的数值模拟分析。在验证数值模拟方法有效性的基础上,仿真了子弹对N形装甲板的侵彻过程并分析了其特殊的抗弹机理;研究了弹着点位置对装甲板抗弹性能的影响,结果表明,弹着点位置的不同会导致穿甲弹的侵彻路径和剩余速度的差异;通过对比贯穿3种构型孔板后弹体的偏转角度和完整性,发现锥形孔板对弹体姿态的改变和破坏更大;通过多组仿真得到了锥形孔N形装甲板的弹道极限。结果表明,与等质量均质钢板相比,锥形孔N形装甲板的弹道极限提高了12.5%。     

船用复合结构加筋板侵彻过程的数值模拟研究

针对半穿甲战斗部对带有复合材料层的舰船薄钢靶的侵彻作用,采用数值模拟的方法,结合已有实验数据,分别进行不同形状弹头对船用薄钢靶侵彻效应的影响分析、卵头弹对带有复合材料层以及带有加筋结构的船用薄钢靶的侵彻效应分析。实验证明德玛尔公式在大质量弹体侵彻舰船薄钢靶计算中的适用性,并得到3种形状弹头极限侵彻速度的关系;超高分子量聚乙烯层(UHMWPE)仅对低速弹丸阻碍效果明显;加筋结构可降低大质量弹体侵彻舰船薄钢靶的剩余速度,但影响有限。     

仿生鳞片式拼接柔性防护结构防弹性能研究

目的 根据仿生学原理,借鉴鳞甲类生物柔性拼接模式,设计出由碳化硼陶瓷和超高分子量聚乙烯(UHMWPE,PE)背板复合而成的仿生鳞片式拼接柔性防护结构,以提高防护装备的灵活性和抗多发弹性能。方法 首先通过高温热压成形工艺制备出复合鳞片,然后采用95式5.8 mm钢芯弹进行侵彻试验,最后结合有限元仿真对侵彻过程中的弹击损伤机制和能量耗散形式进行分析。结果 弹丸侵彻导致复合鳞片的陶瓷层发生了严重的碎裂现象,PE背板发生了类圆状凹陷变形,但未被穿透;单次弹击损伤范围被限制在弹击鳞片及其相邻鳞片附近,未形成大面积损伤,表现出优异的抗多发弹性能;弹丸的能量通过弹击鳞片扩散到与其相邻的鳞片上,降低了弹丸对弹击鳞片的损伤,提高了柔性结构的极限抗单发弹性能。结论 仿生鳞片式拼接柔性结构能够有效抵御95式5.8 mm钢芯弹的侵彻,具备柔性的同时还具有优异的抗多发弹性能,可应用于新一代单兵及武器装备的小口径枪弹防护装甲。     

超高分子量聚乙烯纤维二维织物抗弹性能研究

采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维二维织物与UD布制备二维织物靶板、UD布靶板与UD布/二维织物复合靶板,分别对3种靶板进行靶试试验,分析了靶试后靶板形貌。研究表明在首发弹侵彻下,UD布的抗弹性能更加可靠,但二维织物变形不严重,毁伤面积小,抗多发弹侵彻能力将优于传统UD布材料。     

高强型聚酰亚胺纤维增强热塑性树脂基复合材料防弹性能研究

采用S35高强型聚酰亚胺(PI)纤维作为增强体，热塑性树脂作为基体，采用热压工艺制备了织物结构和正交单向无纬(UD)结构复合材料靶板，通过弹道极限速度测试和背部变形测试，研究了增强体结构和界面结合强度对PI纤维增强热塑性树脂基复合材料防弹性能的影响。结果表明：高强型聚酰亚胺纤维表现出了优异的防弹性能；UD结构靶板更适用于防铅芯弹；织物结构靶板更适用于防破片；当界面剥离强度由5.45N/cm提高到26.44N/cm时，剥离后界面处的纤维表面形貌的破坏程度逐渐增加。当侵彻体为5.6g铅芯弹时，随着界面剥离强度的提高，复合材料靶板的防弹性能呈现出先提高后降低的趋势；并且靶板的背部变形逐渐减小，进一步证明了界面结合强度对复合材料靶板防弹性能的影响。