高速钢质破片侵彻高强聚乙烯纤维增强塑料层合板试验研究

研究了3.3g立方体高速钢制破片对不同厚度的高强聚乙烯纤维模压层合板的侵彻。根据弹道试验结果和理论分析进一步确定了弹道极限速度vBL与面密度ρad的线性关系;又将剩余速度％的经验关系式中的相关参数表示为ρad的函数,得到了vr与ρad的经验关系式。经验关系式的预测值都与试验结果有较好的吻合,可以将此经验公式用于对立方体破片侵彻高强聚乙烯纤维层合板剩余速度和弹道极限速度的预测。     

刚性破片侵彻层合板运动模型

为揭示杀伤元与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)层合板相互作用机制,开展硬质合金破片侵彻UHMWPE层合板的的弹道试验,获得不同入射速度下破片穿透层合板后的剩余速度以及层合板在不同速度下的断裂失效形貌特征。在此基础上,基于波动理论和能量守恒原理建立刚性破片对层合板侵彻过程的能量耗散模型,分析破片侵彻过程中不同形式能量传递规律。研究结果表明：侵彻过程中层合板因剪切失效、拉伸和压缩变形产生的能量传递在各种形式耗散能量中占主导地位;与试验结果对比发现,该模型可有效描述破片对层合板的侵彻过程,可为有防护目标杀伤机理及弹道设计提供一定参考。     

UHMWPE纤维层合板防弹性能数值分析研究

为研究UHMWPE纤维层合板的抗弹性能,将力学本构模型简化为面内"各向同性"模型和层间"节点力"模型,利用Abaqus 6.9实现全部分析过程,并根据分析结果讨论UHMWPE纤维层合板的失效模式。研究表明:简化后的模型能够较好地模拟UHMWPE纤维层合板的抗弹过程;在立方体破片高速侵彻时,靶板表现出明显的3阶段破坏,弹体发生镦粗和侵蚀现象,剩余速度和靶板变形的凸包高度跟试验值较为一致。     

无量纲参数对破片弹道极限速度的影响

为开展93W钨合金破片对616装甲钢侵彻性能的研究,通过弹道枪试验分别对立方破片(底面为正方形)和圆柱破片进行了弹道极限速度测试,并基于试验结果对理论公式进行了修正,修正后的公式可应用于预测破片弹道极限速度。将仿真结果与试验结果进行了对比,验证了材料的可靠性,根据破片初速及剩余速度建立回归方程,外推得到破片的弹道极限速度,并进一步研究了无量纲弹长及无量纲靶厚对弹道极限速度的影响。结果表明,当确定破片及靶板的材料后,弹道极限速度仅与无量纲弹长和无量纲靶厚有关; 当无量纲弹长与无量纲靶厚确定后,破片形状对弹道极限速度的影响非常明显,立方破片更容易穿透靶板。当无量纲靶厚为1.6时,破片正侵彻12 mm厚度的靶板,弹道极限速度随破片无量纲弹长的增加而加大,且无量纲弹长每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约45 m/s; 当无量纲弹长为1.0时,破片正侵彻不同厚度的靶板,弹道极限速度随无量纲靶厚的增加而加大,且无量纲靶厚每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约50 m/s。     

超高分子量聚乙烯材料软质防弹衣抗弹性能老化衰减规律研究

超高分子量聚乙烯材料目前被广泛用于软质防弹衣,但其老化过程中抗弹性能的衰减规律还不完全清楚,尚未建立定量预测公式。为分析实际使用环境和贮存条件对该类材料软质防弹衣抗弹性能的影响,通过对防弹衣材料进行不同时间的高温、高湿热及氙弧灯光照射等人工加速老化试验,进行弹道极限测试,得到各条件下的弹道极限速度数值,获得不同人工加速老化因素对防弹衣抗弹性能的影响规律。研究发现：高温、高湿热及氙弧灯光照射3种人工加速老化因素对防弹衣防弹性能影响可通过线性回归方程进行较为准确的预测,采用回归分析的方式获得高温、高湿热及氙弧灯光照射3种老化过程中进口和国产两种材料的弹道极限速度衰减经验公式,该公式可以用于估计与判断超高分子量聚乙烯材料软质防弹衣长期贮存情况下是否可以使用。     

TC4钛合金板对球形弹抗冲击损伤特性研究

为研究钛合金板在球形弹冲击下的弹道性能与失效特性,在一级气炮进行弹体正冲击靶板试验,获取弹体的弹道极限速度和速度曲线。用有限元软件Abaqus建立弹体撞击靶板的仿真模型,计算获取弹体不同入射角冲击靶板的弹道极限速度,验证数值仿真模型及参数有效性。结果表明:质量为8.35 g的刚性球形弹冲击厚度为2 mm的钛合金板时,数值仿真的弹体弹道极限为231 m/s,试验为233 m/s,两者相差0.86%。随弹体冲击角度逐渐增大,靶板弹道极限逐渐增大,靶板的拉伸撕裂程度更严重。     

层合板抗弹混杂结构优化试验研究

弹道冲击下具有一定混杂比例的纤维增强层合板,其抗弹效率与混杂结构相关。针对三种层间混杂层合板结构在微曲面柱形弹高速侵彻下的抗弹效率进行实验研究,并对其横向破坏模式展开分析,认为在弹道侵彻下层板结构横向纤维层存在吸能变形模式和抗弹机理的差异,将导致不同层间混杂结构抗弹效率的发挥。同时基于层板结构的工艺要求,认为层间混杂结构是综合性能较好的混杂结构。     

超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料的热氧老化行为

通过傅里叶变换红外光谱仪、差示量热扫描仪、动态热机械分析仪、万能强力试验机及扫描电镜测试手段探究超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维及UHMWPE纤维/氢化苯乙烯-丁二稀-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）复合材料的热氧老化机理,系统分析老化温度对UHMWPE纤维及其复合材料的结构和热性能、界面性能、机械强度和防弹性能的影响。研究结果表明：老化后的UHMWPE纤 维机械性能与热氧老化温度密切相关,经高温热氧老化后拉伸强度显著下降,但纤维结晶结构基本不变;UHMWPE纤维/SEBS复合材料在70 ℃和90 ℃热氧老化336 h后纤维与树脂界面已发生破坏;在90 ℃热氧老化672 h后,UHMWPE复合材料弯曲强度和弯曲模量分别下降了28%和49%;然而,在50 ℃、70 ℃及90 ℃下热氧老化1 344 h后,UHMWPE复合材料防1.1 g标准模拟破片的弹道极限速度v₅₀保持率均高于95%。     

新型超高分子量聚乙烯膜材料防弹性能及机理

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）膜材料是近年来出现的新型防弹材料,具有与UHMWPE防弹无纬布不同的结构形式。采用1.1 g标准模拟破片、51式7.62 mm钢被甲铅芯弹和9 mm巴拉贝鲁姆铜被甲铅芯弹,对两类UHMWPE材料叠层靶片进行射击试验,研究两类材料的分子量、结晶度、力学特征以及防弹效能系数对其弹道极限v₅₀值、比吸能值和凹陷深度方面的影响,对其防弹性能进行理论分析,并结合弹着点形貌,对比研究了两类材料的防弹机理。结果表明：两类材料的分子量、结晶度、拉伸强度以及拉伸模量与其防弹性能呈正相关,较小的断裂伸长率更有利于减小凹陷深度;膜材料的条带结构更有利于材料承载应力、能量传播和能量耗散。因此,UHMWPE膜材料在弹道防护领域将具有很好的应用前景。     

杆状破片对A3钢板的极限穿透速度研究

首先用经验公式分析了杆状破片对A3钢板的极限穿透速度,然后利用25mm滑膛炮系统取代实弹靶场静爆进行了试验研究．统计得出了杆状破片对A3钢板的极限穿透速度试验值,二者基本吻合,可为今后类似研究提供有益借鉴．     

穿甲弹垂直侵彻陶瓷复合靶弹道极限速度的研究

为研究7.62 mm穿甲弹垂直侵彻陶瓷金属复合靶板的弹道极限速度,基于能量守恒提出一种改进的理论分析模型,进行了7.62 mm穿甲子弹侵彻陶瓷/装甲钢复合靶板的试验研究,并通过理论分析的方法对试验结果进行验证计算。研究结果发现:陶瓷/装甲钢复合靶板利用该理论分析模型计算出的弹道极限速度与弹道试验结果吻合的较好;综合理论分析和数值模拟分析结果,得出弹道极限速度与陶瓷锥质量正相关。基于理论模型的可靠性,可预测不同复合靶板厚度下弹芯剩余高度,得出陶瓷厚度是决定弹芯剩余高度主要因素。     

雷达防弹天线罩夹芯结构设计与性能研究

针对反辐射武器对雷达构成的威胁,设计了一种既能够直接防御反辐射武器近炸毁伤,又能保持优异透波性能的防弹天线罩夹芯板块结构。对不同厚度的超高分子量聚乙烯(UHM-WPE)层合板进行弹道侵彻实验,确定将UHMWPE层合板作为夹芯结构的防弹层。通过电磁性能优化的方法确定夹芯结构的结构参数,并对其电磁性能进行了理论分析。弹道实验和电磁性能测试结果表明,该夹芯结构能够防御某型反辐射导弹在15 m处爆炸产生的破片冲击,并且在S波段的平均透波率(功率传输系数)不低于97.8%,平均值达到了98.6%。理论计算结果和实验结果表明文中提出的防弹天线罩夹芯结构设计方法是有效的。     

类钢密度活性材料弹丸撞击铝靶行为实验研究

采用弹道碰撞实验对类钢密度冷压成型和烧结硬化聚四氟乙烯/铝/钨系活性材料弹丸撞击铝靶行为进行了研究。基于圆柱形活性材料弹丸正碰撞不同厚度2A12硬铝靶的弹道极限速度、穿孔破坏模式及平均穿孔尺寸实验结果,结合THOR侵彻方程,得到活性材料弹丸正碰撞铝靶的弹道极限速度半经验关系,并分析铝靶厚度对活性材料弹丸相对于钢弹丸侵彻行为及性能的影响。从活性材料内部压力分布、靶板背面稀疏波卸载效应和活性材料激活响应点火时间等角度,分析和讨论了活性材料弹丸化学响应行为对侵彻性能的影响机理。分析结果表明,随着靶板厚度的增大,活性材料激活率和侵孔内爆燃压力随之提高,从而导致侵彻末端爆裂穿孔能力的显著增强。     

钨合金球形破片侵彻低碳钢的弹道极限速度计算模型

为得到更大速度适用范围的钨合金球形破片侵彻低碳钢板弹道极限速度计算模型,分析不同着靶速度下钨合金球形破片侵彻低碳钢板的侵彻破坏特征,建立了包含弹、靶主要力学参数的弹道极限速度计算模型,模型系统考虑破片刚性、塑性、侵蚀以及破碎侵彻等情况;根据模型求解需要,针对钨合金破坏特征建立对应速度阈值的计算方法;基于已有试验数据,应...     

纤维增强复合材料抗弹吸能特性研究

为研究树脂基纤维增强复合材料的抗弹吸能特性和机制,采用4.5 g球形碎片模拟弹,对不同基体的玻璃纤维和芳纶纤维增强复合材料板进行了弹道极限V50和抗冲击贯穿试验,分析了不同冲击状态下各复合材料靶板的吸能特性和破坏特点.研究发现,增强纤维的应变率效应会显著地反映到复合材料板的抗弹吸能特性中,破坏模式决定复合材料板的抗弹吸能能力;弹体冲击入射速度、纤维与基体的界面特性是影响复合材料板抗弹吸能的重要因素.结果表明,在一定速度下的贯穿比吸能试验方法,可有效地评价和比较各树脂基纤维增强复合材料板的抗弹性能,该试验方法是对V50试验方法的有效补充.     

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。     

UHMWPE层合板透波性能研究

对采用不同工艺制作的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料以及玻璃钢复合材料的介电参数进行测试。结果显示,UHMWPE模压层合板具有很低的介电常数和损耗角正切。利用介电参数测试得到的数据对UHMWPE层合板透波性能进行计算和分析,并制作一块33 mm厚的层合板试样进行透波性测试。结果表明,UHMWPE层合板具有优异的透波性能。鉴于UHMWPE复合材料在防弹和透波方面所具有的优异性能,对其在防弹天线罩上的应用进行探讨。     

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%。     

基于神经网络的UHMWPE复合材料防弹性能研究

提出了一种基于神经网络的弹道试验数据处理方法,建立了UHMWPE纤维复合材料防弹性能分析的BP神经网络模型,并基于模型研究靶板的面密度、弹片的入射速度、冲击方式等因素对材料防弹性能的影响。     

弹丸低速贯穿纤维与金属组合薄靶板的试验研究

为研究半穿甲战斗部动能侵彻下舰船舷侧复合装甲结构的抗穿甲机理,以均质钢板前置复合材料板模拟舰船舷侧复合装甲结构,采用低速弹道冲击试验,研究了结构的典型破坏模式和吸能机理,分析了前置复合装甲板的面密度对组合结构靶板整体抗穿甲性能的影响。在此基础上,根据靶板的破坏模式,得到了球头弹丸低速贯穿组合靶板的剩余速度预测公式。结果表明,组合靶板在弹丸低速冲击下主要呈现局部破坏,前置复合装甲板的破坏模式主要为纤维拉伸断裂,迎弹面存在少量的纤维剪切断裂,而钢质背板则主要呈现花瓣开裂破坏;组合靶板的整体抗弹性能随前置复合装甲板面密度的增加而提高;将理论预测剩余速度值与实验结果进行了比较,二者吻合较好。