船用轻型陶瓷复合装甲抗弹性能实验研究

为探讨舰艇抵御高速破片弹遭侵彻的装甲防护结构,设计船用钢装甲和3种陶瓷复合装甲结构,并采用弹道冲击实验,研究其在高速破片冲击下的抗弹性能。结果表明:高速破片穿透普通舰艇结构后仍具有较强杀伤威力,必须为舰艇设置专门防护装甲抵御高速破片的冲击;高速破片冲击下,船用钢装甲的破坏模式为延性扩孔和剪切冲塞的组合形式;增加陶瓷面板后,钢背板的冲击响应类似于低速卵形弹冲击下的薄板穿甲,变形范围和变形程度大大增加,其变形失效模式有蝶形变形和花瓣开裂型穿甲,此外陶瓷对弹体的侵蚀、钝化及碎裂能大大降低弹体的侵彻能力,碎裂陶瓷锥的运动还将吸收部分弹体动能,降低弹体剩余速度,并和剩余弹体共同冲击背板;陶瓷复合装甲的单位面密度吸能量较船用钢提高35%以上,其结构质量较船用钢装甲轻25%以上。     

装甲钢焊接技术研究进展

装甲钢是一种用于作战装备的保护性合金材料,装甲钢的焊接是装甲钢结构的主要连接方式。从装甲钢的裂纹类别、特点以及其形成原因出发,介绍了装甲钢焊接材料、焊接工艺和提高焊接接头性能的措施。主要包括奥氏体焊条、铁素体焊条及奥氏体/铁素体双向焊条;电弧焊、CO2气体保护焊、熔化极气体保护焊、修复装甲钢裂纹的铝热焊、机器人焊,激光焊等焊接工艺;焊后热处理、超声波冲击法、焊趾砂轮打磨法与钨极电弧焊法。并在装甲钢焊接技术研究现状分析的基础上,提出装甲钢焊接技术今后的改进措施与发展方向。     

平面波对装甲钢的损伤研究

用炸药透镜发生的平面波，对两种装甲钢进行冲击，研究层裂试样，发现普通的装甲钢由于夹杂比较多而且尺寸比较大，所以其裂纹在夹杂处发生并合并；而对于洁净钢的裂纹则发生在晶界，并沿着晶粒尺寸比较小的方向扩展。应用材料学、断裂力学等原理进行分析，提出提高装甲钢抗冲击能力的措施。     

基于Johnson-Cook本构模型的高强度装甲钢动态力学性能参数标定及验证

具有高屈服强度的某装甲钢广泛应用于我国装甲车辆。为准确模拟该装甲钢的动态力学行为,开展基于Johnson-Cook（J-C）本构模型的动态本构参数标定及验证。采用万能材料试验机对该装甲钢进行不同温度下的准静态拉伸试验,同时采用分离式霍普金森压杆开展不同应变率下的压缩性能测试。基于实验数据和J-C本构模型,拟合得到该装甲钢的本构参数。基于轻气炮开展泡沫铝弹丸冲击均质梁的实验研究,分别采用J-C本构模型和理想弹塑性模型进行有限元仿真计算,并将冲击实验与数值结果进行对比分析。结果表明：该装甲钢具有应变率强化效应,且温度软化效应显著;采用J-C本构模型仿真的均质梁峰值挠度与试验结果的相对误差为1.7%~6.1%,残余挠度相对误差为0.6%~7.6%。     

毁伤过程中弹板破坏机制的研究

研究了用93W?105模拟弹以1400m/s左右的速度侵彻四种回火状态的603、675、685钢装甲和弹体的破坏方式.研究过程发现,穿深、坑口和坑底直径都可以成为描述装甲钢抗弹性能的参数.另外坑口和坑底直径与材料抗弹性能有密切联系.研究中还发现,侵彻过程中钨合金穿甲弹发生了绝热剪切,绝热剪切产生的高温可以使钨发生融化并使装甲发生过烧.用钢穿甲弹进行实验,钢弹也出现绝热剪切,这证实侵彻过程中弹体受到的破坏主要是绝热剪切.     

高硬度装甲钢抗弹性能及其机理研究

通过穿甲试验,研究装甲钢硬度与抗弹性能之间的关系;由弹坑解剖分析了装甲钢板穿甲破坏形貌以及弹坑表面的强化机理。试验结果表明:高硬度装甲钢抗弹性能好;装甲钢板为混合穿甲形式破坏;弹坑表面的变形带和相变带是由非常细小马氏体板条组成,其硬度非常高,远远高于装甲钢板的基体和淬火硬度。     

装甲钢中的夹层材料对抗弹性能的影响

利用一维Hopkinson压杆实验装置和模拟穿甲实验研究了 4 3ПCM装甲钢中间放置聚脂、橡胶、有机玻璃和纸板后界面的冲击波特性和复合装甲结构的抗弹性能。结果发现 ,所放材料可以降低穿过界面的冲击波的强度 ;在装甲钢中放置这些材料后会降低装甲钢的抗弹性能     

陶瓷复合靶板抗侵彻性能试验及数值研究

为研究叠层复合靶板结构对防护性能的影响机理,对两种不同排布结构的靶板进行侵彻试验及数值模拟研究。根据DOP(depth-of-penetration)实验方法,进行14.5 mm穿甲弹对10 mm厚氧化铝陶瓷+10 mm芳纶板+6 mm 616装甲钢以及10 mm厚氧化铝陶瓷+6 mm 616装甲钢+10 mm芳纶板两种结构靶板的侵彻试验研究,通过数值模拟进一步分析弹丸侵彻不同排布结构的靶板变形破坏过程。结果表明:两种靶板结构中前者防护性能优于后者,其防护系数分别为3.41和3.30;装甲钢作为芳纶支撑板,有助于增加弹丸侵彻阻力;芳纶位于陶瓷板及装甲钢之间,有助于缓解二次冲击对陶瓷板的损伤。     

616装甲防弹钢动态冲击下的性能研究

从动态力学性能方面研究22SiMn2TiB-(616)高强度装甲钢的防弹性能。鉴于不同的应变率可得到区别较大的动态屈服强度,在SHPB(霍普金森压杆)实验的基础上,测试不同应变率和温度对616装甲钢力学性能的影响,撞击616装甲钢试样材料得到相应的应变率-应变曲线,观察冲击后其显微组织变化情况,并与原材料进行对比。结果表明:微光组织中出现白色光亮的ASB(绝热剪切带);同时组织中还出现相应的回火组织,验证应变率对动态压缩屈服强度有较大影响。     

装甲钢动态性能与抗弹性能关系研究

对四种不同回火状态的603、675、685装甲钢进行了一维压杆动态压缩和剪切性能实验.通过对各种状态装甲钢动态力学性能的测试和分析,并结合这些材料模拟靶式的实验结果,建立了材料的动态压缩屈服强度与侵彻深度之间对应关系,最终选定装甲钢动态压缩屈服强度作为表征装甲材料使用性能的参量.     

HR2钢动态损伤与层裂的微观机理

利用轻气炮加载和样品软回收技术,对HR2钢进行了试验,获得了软回收层裂样品。通过对软回收样品进行电子显微镜观察以及金相分析,将材料微观组织变化、破坏模式与相应的宏观力学破坏模式相比较,深入研究了这一材料的动态损伤与断裂机理。结果表明:在低速冲击下,HR2钢的变形是以孪生为主、滑移为辅的塑性变形,并未发生断裂;在高速冲击下,其变形是孪生和滑移的组合变形,断裂则是由沿晶界产生微孔洞、微裂纹并汇合形成大裂纹和少量穿晶断裂相混合引起的。     

中锰铸钢坦克履带板服役时的强化特性研究

提出了将材料在服役时的强化特性 (机理与力度 )作为衡量坦克铸造履带板材料优劣的判据 ;研究了中锰钢的强化机制 ;测定了在坦克履带板服役条件下的强化特性。研究认为 ,中锰铸钢在冲击疲劳载荷作用下具有应变诱发 α马氏体的相变强化机制 ,其强化特性明显优于 ZGMn1 3。     

碳和锰对湿磨衬板钢组织和性能的影响

对湿磨衬板用加镍及加锰的低碳高合金钢的组织和力学性能及腐蚀条件下的冲击磨损性能进行研究。研究结果表明:对加镍低碳高合金钢,当碳含量由0.16%增至0.25%,合金组织由板条马氏体变为板条、隐晶马氏体与残余奥氏体的混合组织,在腐蚀条件下抗冲击磨损性能先升后降,以0.21%含碳量为最优;加锰的低碳高合金钢在湿式磨机衬板模拟工况环境下,抗冲击磨损性能略优于加镍低碳高合金钢,锰代镍具有可行性。通过分析冲击腐蚀磨损表面形貌、磨面表层及亚表层的状态变化,结果显示两种合金在腐蚀条件下冲击磨损机制接近,后期以疲劳剥层为主。     

低碳高合金钢和高锰钢冲击腐蚀磨损特性研究

采用改进的MLD-10型冲击腐蚀磨损试验机,模拟湿磨工况条件,对新型衬板材质低碳高合金钢和传统材质高锰钢的抗冲击腐蚀磨损特性进行了研究。比较两种材料试样在一定时间内的失重变化情况,表明低碳高合金钢的抗冲击腐蚀磨损性能优于高锰钢。另外分析了冲击腐蚀磨损面形貌、磨面表层及亚表层的状态变化,发现两种材料的冲击腐蚀磨损机制有明显差异,并且都随时间变化而发生转变。     

炮钢材料动态本构模型及其验证

在温度88~573 K和应变率0.001~2 000 s^-1的条件下,通过温度与应变率耦合的静态和动态分离式Hopkinson压杆实验,并以初步获得的炮钢材料动态本构模型基本参数为基础,通过进一步的优化及Taylor杆冲击实验,验证并最终确认了炮钢材料动态本构模型参数,模型预测与实验结果相对误差小于5%. 验证结果表明,建立的炮钢材料动态本构模型能真实地反映其动态响应。     

高氮奥氏体装甲钢抗弹性能研究

研究氮含量为0.56%的不同厚度规格的高氮奥氏体装甲钢抗穿、破甲弹侵彻时的抗弹性能、冲击硬化、抗弹机理等现象,以防护系数的优劣作为评定依据。试验结果表明,高氮钢可产生明显的冲击硬化现象,具有优良的抗弹性能和综合性能,高的防护系数使其可作为优良的防护材料。     

冲击载荷作用下多孔材料符合结构防爆理论计算

多孔材料具有减震和吸收冲击能量的特点，但是单一的多孔材料强度较低，为降低爆炸冲击载荷对结构的破坏，在混凝土墙壁或者两层装甲钢板中间添加一层或者几层多孔吸能材料（多孔聚氨酯、泡沫铝、铁等）构成多层复合抗爆结构，实现防爆和衰减冲击波的功能。当炸药爆炸驱动飞片高速冲击多层复合结构时，多孔材料产生塑性变形被压实。由于多孔材料冲击波阻抗很低，能够大大地削减应力波的强度。在这个过程中，飞片的冲击能量被减小，和单层结构相比，防爆能力被提高。为研究多层复合结构的防爆机理，应用冲击载荷下的材料动态本构关系，对冲击波在“钢板一多孔材料一钢板”3层介质中的传播规律和各层介质中的冲击载荷进行甘算，并对应力波在多孔材料复合结构中的衰减变化过程进行一维理论分析。     

Cr－Mo－V系炮钢的冷脆性

以３７ＣｒＮｉ３ＭｏＶ钢作对比，对Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ系炮钢的冷脆性做了系统的试验研究。结果表明，与传统的能量法和ＦＡＴＴ法相比，采用示波冲击法以裂纹扩展功随温度下降而降低到临界（最低）值所对应的温度作为钢的韧脆转变温度，能确切反映出钢已失去抗裂纹扩展能力从而由韧性转变为脆性状态的温度，这是研究冷脆性的较为合理而可靠的方法。用此法衡量，Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ系炮钢的韧脆转变温度较３７ＣｒＮｉ３ＭｏＶ钢为高，冷脆倾向较大。此问题应加以研究解决。     

PTFE基含能药型罩制备及毁伤性能研究

选取了不同PTFE(聚四氟乙烯)基反应材料,通过模压烧结的工艺制备了一批具有一定强度的PTFE基含能药型罩,并利用炸药对其进行直接驱动撞靶实验。结果显示:各PTFE基含能药型罩都能在炸药驱动下成功撞击反应,Mg/PTFE反应材料制备的药型罩和Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料制备的药型罩对靶板开孔效果极好,开孔直径分别为13cm和12cm;而Al/Fe_2O_3(AR)/PTFE反应材料制备的药型罩仅在撞击部位造成变形凹坑。研究表明靶板穿孔效应与PTFE基含能药型罩所能承受的最大真实应力值有关,药型罩所能承受的最大真实应力值过小会导致药型罩对靶板穿孔扩孔失败。     

20g与0Cr13复合钢板夹层缺陷的修复

为使存有夹层缺陷的复合板经修复得到有价值的使用 ,又不因修复费用过高而顾此失彼。选用手工电弧焊为研究对象。通过认真分析正确地选择了焊接材料及焊接工艺参数 ,并得到了广泛的应用