镁合金装甲板防弹测试

目的研究不同厚度的"镁合金-钢"复合、"钢-镁合金-钢"复合装甲靶材以及单一材料的镁合金和钢装甲靶材,对Φ7.62 mm和Φ12.7 mm这2种类型子弹的抗弹效果。方法通过"半连续电磁铸造-均匀化退火-挤压变形-时效热处理"等一系列工艺,制备镁合金装甲靶材。通过研究子弹入射深度和子弹弹孔的宏观及微观图片,分析不同组合靶板的抗弹效果。结果 "30 mm镁合金C-4 mm钢板"对Φ7.62 mm子弹具有良好的抗弹性;"8 mm钢板-30 mm镁合金B-8 mm钢板"对Φ12.7 mm子弹具有良好的抗弹性;越靠近弹孔,晶粒变形越明显,且孪晶越多,孪晶密集处出现裂纹,推断弹孔周围孪晶是导致裂纹产生的原因。结论几种工业镁合金与钢板复合组成的装甲板可以有效达到防弹效果。     

自行火炮复合材料防弹机理分析

分析了纺织复合材料和陶瓷的低速冲击性能，并以此为理论基础，剖析陶瓷／复合材料装甲板受弹头冲击时的防弹机理，并建立此过程的动态分析模型，讨论和预测复合装甲的损伤和破坏，为复合材料在复合装甲上的应用和防弹能力预测提供理论分析依据。     

层间混杂复合材料板的拉伸强度预报

采用更为合理的分散度系数表达式改进了玻/碳层间混杂复合材料板断裂应变混杂效应系数公式,结合该混杂效应系数公式与复合材料强度混合定律,提出了层间混杂复合材料单向板的拉伸强度预报方法。将该混杂效应系数公式引入复合材料多向板渐近损伤有限元分析模型,修正了低延伸率纤维单层板的拉伸强度值,在此基础上提出了层间混杂复合材料多向板拉伸强度预报方法,并讨论了刚度退化方案。结果表明,模型预报值与实验均吻合较好,尤其考虑混杂效应的预报值与实验情况更加接近;基体退化系数大的刚度退化方案与实验更为吻合。     

高性能纤维在防弹复合材料中的应用

探讨了纤维增强防弹复合材料的防弹机理,阐述了多种高性能纤维的优势与不足。重点介绍了Kevlar纤维、UHMWPE纤维、碳纤维、PBO纤维以及多种高性能纤维混杂工艺在防弹复合材料中的应用。最后展望了未来纤维增强防弹复合材料的发展方向,指出为满足未来对防弹材料的多方面高性能要求,对各种高性能纤维进行适当混杂是未来高性能防弹材料的发展方向。     

陶瓷/纤维层间混杂复合材料设计制作及抗弹体冲击性能测试

掩体作为战场中指挥、防御、观察、射击的综合性军事工事,其观察口为薄弱点,防护能力的大小关系着其内部人员是否安全.本文以防护轻武器为设计目标,设计、制作一种纤维/陶瓷层间混杂复合材料,并对其防弹能力进行测试.首先,基于显式有限元软件ABAQUS/Explicit,建立弹体冲击纤维/陶瓷层间混杂复合材料防护甲板的数值模型,...     

层间混杂叠层复合材料的最终拉伸破坏(Ⅰ)应力集中分析

Zweben[1]的剪滞假设, 提出一种修正的剪滞分析模型, 研究了层间混杂复合材料低延伸层的断裂、层间界面破坏及高延伸层中部分纤维断裂相互作用所导致的细观应力重分布, 讨论了层间界面破坏对高延伸纤维中的应力集中因子的影响, 为层间混杂叠层复合材料最终拉伸破坏的细观统计分析提供理论依据。      

层间混杂叠层复合材料的最终拉伸破坏(Ⅰ)应力集中分析

基于Zweben[1]的剪滞假设,提出一种修正的剪滞分析模型,研究了层间混杂复合材料低延伸层的断裂、层间界面破坏及高延伸层中部分纤维断裂相互作用所导致的细观应力重分布,讨论了层间界面破坏对高延伸纤维中的应力集中因子的影响,为层间混杂叠层复合材料最终拉伸破坏的细观统计分析提供理论依据.     

混杂纤维复合材料热膨胀性能及混杂效应的研究

通过力学和热性能实验分析了混杂复合材料的混杂结构、混杂方式及界面状态与热膨胀性能的关系。给出了混杂复合材料混杂效应系数的估算公式，并进行了实验验证。分析了热效应对混杂效应的影响。发现层间和夹心混杂复合材料的热膨胀量随炭纤维相对含量的增加而减少；经过表面处理后的纤维层间混杂复合材料的热膨胀量明显大于未处理的混杂复合材料。研究结果对混杂复合材料的应用有重要的意义。     

防弹复合材料结构及其防弹机理

探讨了弹块与防弹复合材料的作用机理,分析弹块在侵彻过程中复合材料吸能方式和破坏模式的变化,提出了防弹复合材料的结构设计概念.分别研究了单根纤维性能、织物结构、树脂性能、基体含量和复合材料界面粘接强度等因素对防弹性能的影响,并指出目前存在的不足,以期为今后防弹复合材料的结构设计提供借鉴.     

复合材料装甲技术的发展及应用

介绍了复合材料装甲的优点、防护机理及其在武器装备中的重要性。详细论述了国内外复合材料装甲的技术发展现状及其在作战中的应用 ,并指出未来先进复合材料装甲的研究发展趋势     

装甲钢/芳纶复合材料抗爆震性能研究

采用圆形炸药设计了平面波发生器,研究了不同结构的装甲钢/芳纶复合材料对冲击波的衰减效果.试验结果表明,在装甲钢上加装纤维复合材料板可提高其抗爆震性能,当材料按照波阻抗减小的顺序进行排列时,可更有效衰减冲击波,具有多层结构的材料比双层结构材料的衰减效果更优.     

对位芳香族聚酰胺纤维/环氧树脂复合材料防弹性能及其破坏机制

为研究对位芳香族聚酰胺纤维/环氧树脂（Epoxy resin,EP）复合材料的防弹性能及其破坏机制,采用铅芯弹侵彻复合材料靶片。以对位芳香族聚酰胺纤维作增强纤维,EP作基体树脂,纳米SiO₂和聚乙烯醇缩丁醛（Polyvinyl butyral,PVB）作增韧剂,通过热压工艺制备单向（Unidirectional,UD）结构的对位芳香族聚酰胺纤维/EP复合材料靶片。研究单片纤维面密度、UD片材结构、射击角度和树脂改性对靶片防弹性能的影响;观察弹击实验后靶片的破坏形貌,分析靶片的破坏机制。研究结果表明:对位芳香族聚酰胺纤维/EP复合材料具有优异的防弹性能,随着单层纤维面密度的增大,靶片的防弹性能呈现整体上升、局部上下波动的变化趋势;铺层方式为0°/90°/0°/90°的四层单UD片材（4UD）结构的防弹性能优于铺层方式为0°/90°的两层单UD片材（2UD）结构;角度射击时,靶片的穿透比率更大,背衬凹陷深度（Back face signature,BFS）比率更小;PVB增韧改性EP提升了靶片的防弹性能;纤维拉伸变形破坏、片材分层和基体树脂碎裂是复合材料靶片主要的吸能方式。      

Impact resistance of a rectangular polycarbonate armor plate subjected to single and multiple impacts

In the present work the plastic deformation of a thin rectangular polycarbonate armor plate subjected to single and multiple impacts was investigated in detail. The impacts were conducted on a horizontal and diagonal path to explore the plate vulnerability against the in-coming single and multiple projectiles striking at various locations. Single impacts revealed the overall trend in plate dent sizes and thickness reductions on the horizontal and diagonal paths. Results were compared with previous research [Shah QH, Abakr YA. Effect of distance from the support on the penetration mechanism of clamped circular polycarbonate armor plates. International Journal of Impact Engineering 2008;35:1244–50] conducted on circular armor plate for validation purposes. The single impact data scatter necessitated to conduct repeated impact tests at reduced number of locations to search for a definite answer for the possible failure process in the vicinity of the clamped edges of the plate. An accelerated plastic deformation resulting in early perforation was found to occur in the diagonal plate corner compared to the plate center impact position or close to a straight clamped edge. Multiple impact results presented can be significantly helpful in designing rectangular shape polycarbonate armor plates to enhance safety. LSDYNA was used to simulate the impact event for the plate midpoint, the horizontal edge, and the diagonal edge. The results show a close agreement with the experimental work.     

高温环境下碳纤维增强树脂复合材料的层间力学性能老化行为与失效预测

为了研究碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料层间力学性能在高温环境中的老化失效行为,设计了CFRP复合材料层间拉伸和层间剪切实验,在高温(80℃)环境中进行0(未老化)、 120 h、 240 h、 360 h、 480 h、 600 h和720 h的老化测试,分析CFRP层间失效强度和失效形式随老化时间的变化规律,得到随高温老化的二次应力准则响应面。建立CFRP复合材料层间力学性能预测模型,得到不同老化衰减系数下的退化模型,并通过CFRP复合材料层间仿真模型进行了验证。结果表明:随着高温老化时间的增加,层间拉伸和层间剪切强度总体上都发生了一定程度的退化,层间拉伸时更容易发生碳纤维丝剥离,层间剪切发生局部的树脂剥离,纤维之间的分层更加明显,高温老化使树脂与纤维丝的界面结合力显著下降。通过CFRP复合材料层间力学性能随高温老化的二次应力准则,计算不同老化时间后的内聚力模型参数,预测CFRP复合材料在高温老化条件下的层间强度,发现仿真与实验误差小于10%,说明了CFRP复合材料层间失效预测模型的准确性。     

Design of hybrid steel/composite circular plate cutting tool structures

Substituting composite structures for conventional metallic structures has many advantages because composite materials have both high specific stiffness and damping characteristics compared to conventional metallic materials. In this study, circular plate cutting tools which are used for rough machining of bearing sites in crankshafts or camshafts were designed with the fiber reinforced composite material to reduce tool mass and to improve the dynamic stiffness of circular plate cutting tools. The hybrid steel/composite circular plate cutting tool was analyzed by finite element method with respect to material types such as composite and foam, stacking angles of the composite, adhesive bonding thickness, and dimensions of the cutting tool. Also, the constrained damping characteristics of the tools were experimentally investigated with respect to the adhesive bonding thickness and material type such as composite and PVC foam. From the finite element analysis and experimental results, optimal design parameters for the hybrid steel/composite circular plate cutting tool were suggested.     

混杂纤维增强水泥基复合材料的力学性能

研究了化学改性聚丙烯（PP）纤维以及掺加聚丙烯纤维和芳纶纤维混杂比例和混杂效应对水泥基复合材料力学性能的影响,并构建了纤维增强水泥砂浆界面层的物理模型,描述了纤维对水泥砂浆的增强机制。实验表明,聚丙烯纤维经改性后使水泥砂浆前期抗折强度明显提高,聚丙烯纤维和芳纶纤维的混杂使水泥砂浆的后期抗折强度显著提高。改性聚丙烯纤维掺加体积分数为0.56%,芳纶纤维的体积分数为0.24%时,混杂纤维增强水泥砂浆试样较空白试样,3天、28天抗折强度分别提高了18.48%、31.17%,3天、28天抗压强度分别提高了7.16%、5.19%。     

Influence of structural and technological factors on the efficiency of armor elements based on ceramics

We present the results of experimental investigations of the protective properties of ceramic plates according the specific momentum of an indenter with regard for the density and thickness of the plates. The advantages of ceramics made of reaction-sintered silicon carbide for the commercial production of armor elements are demonstrated. The rational sizes of the area of ceramic plates and specific features of their application together with polymeric composite materials based on pararamide fabrics are established according to the data of model experiments.Translated from Problemy Prochnosti, No. 6, pp. 128–135, November–December, 2004     

苎麻纤维布和玻璃纤维布混杂铺层复合材料的力学性能

利用真空吸注成型(vacuum resin absorbable molding,VRAM)工艺制备苎麻纤维布与玻璃纤维布混杂铺层的环氧树脂基复合材料。测定复合材料的损耗因子、储能模量的温度谱和力学性能;利用单悬臂梁共振实验测量复合材料的共振频率和自由振动衰减曲线并计算出了阻尼因子。用有限元软件对其共振频率和自由振动衰减实验进行仿真分析。结果表明:通过苎麻纤维布/玻璃纤维布的混杂铺层,能够实现材料阻尼性能和力学性能的可控调节,充分发挥复合材料可设计性强的优势。其中RGR铺层的复合材料的损耗因子比纯玻璃纤维板提高了1.4倍,而拉伸强度比纯苎麻纤维板提高了3倍多;自由振动的有限元模拟曲线和实验曲线基本吻合,表明可以通过模拟软件实现复合材料的虚拟振动测试,从而为材料性能预测和设计提供方便。     

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。