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。     

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。     

轻武器杀伤效能评估理论与计算

为了有效评估轻武器杀伤效能,对轻武器杀伤效能进行理论评估与计算。以终点弹道理论和创伤弹道学理论为依据,建立球型破片和枪弹在明胶中的运动模型,采用龙格—库塔法对运动模型进行编程,计算出杀伤元的侵彻速度与侵彻深度随时间的变化曲线,从而预测出杀伤元在明胶中传递的能量,再将其应用于几种常用的基于能量传递的轻武器杀伤效能评估模型中,即可快速评价杀伤元的杀伤效能。实例计算结果证明：该方法简单、方便,可为轻武器研究、设计、论证提供参考。     

破片群侵彻纤维增强层合板破坏机理及穿甲能力等效方法

为开展破片群侵彻下纤维增强层合板的防护设计,采用瞬态非线性有限元,进行了破片群侵彻下纤维增强层合板破坏机理的研究。阐明破片群侵彻下纤维增强层合板的破坏模式及过程,揭示破片群侵彻能力的增强效应,并分析破片数量、破片初速和破片间距因素对其影响规律,提出了破片群穿甲能力的等效方法。结果表明：与单破片侵彻相比,破片群的穿甲能力大大增强,其可与增大长度的单破片穿甲能力等效,为破片群侵彻下结构的穿甲防护设计提供了参考。     

柱形破片对多层间隙靶侵彻试验研究

对钨合金柱形破片侵彻多层铝合金间隙靶板进行了试验研究,模拟预制破片弹中杀伤元对目标的侵彻特性.分析了破片质量、着靶速度对多层靶板侵彻能力的影响,获得了基础试验数据,并结合工程计算模型,拟合得到了靶板侵彻层数随破片质量、着靶速度的数学方程.该拟合方程可用于评估长径比为1且正侵彻的钨柱形破片的侵彻能力,对预制破片弹的破片选择提供实用参考.     

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...     

钢/陶瓷/PE/钢结构抗破片侵彻研究

针对复合装甲抗高速厘米级破片开展研究,用弹道炮发射高速圆柱体破片,对复合装甲结构靶进行侵彻试验,模拟全预制破片杀伤战斗部爆炸破片对复合装甲的侵彻作用.结果表明:钢板与复合材料防弹板组成的复合装甲能防护1600 m/s以上的高速破片侵彻.用Autodyn三维软件进行数值仿真计算,试验与数值计算结果较一致,由数值模拟分析得到复合装甲各组分吸能及消耗弹体质量情况,研究结果可为钢/陶瓷/UHMWPE复合装甲结构设计提供参考.     

UHMWPE纤维层合板抗弹侵彻数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元分析软件对UHMWPE纤维层合板抗钢质立方体弹片侵彻进行了研究。首先根据细观力学理论,研究确定纤维层合板的材料参数,然后利用LS-DYNAD的MAT_COMPOSITE_DAMAGE材料模型对UHMWPE纤维层合板进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。得出利用MAT_COMPOSITE_DAMAGE材料模型可以较好地模拟UHMWPE纤维层合板。     

球形破片杀伤参数的研究

通过球形破片在不同介质中的侵彻试验,测出球形破片的阻力系数,并在此基础上对球形破片的速度衰减规律、能量传递规律以及质量参数进行了深入的分析研究.这对于改进弹药设计,提高弹药杀伤威力,做好战场防护都具有重要意义.     

钨球及六棱钨柱破片侵彻Q235叠层靶特性研究

为研究破片形状及质量对其侵彻性能的影响和靶板分层方式对其抗侵彻性能的影响,采用12.7 mm标准弹道枪发射质量为8.05 g、直径为9.4 mm的钨球以及质量为12 g、尺寸为内切圆Φ 9 mm×9.5 mm的六棱钨柱,分别撞击材料为Q235的3种不同结构靶板。通过试验和R-I公式得出了钨球及六棱钨柱破片侵彻3种不同结构Q235靶的弹道极限。在此基础上,验证了选用模型及参数的有效性;并采用数值模拟方法研究了相同质量下两种不同形状破片侵彻Q235靶性能的差异性。研究结果表明,破片侵彻靶板的性能不仅与破片形状、靶板分层结构有关,还与破片侵彻靶板的速度以及破片质量有关。六棱钨柱侵彻靶板性能与其着靶姿态以及靶板结构有关。在质量相同以及一定侵彻速度的条件下,球形破片侵彻靶板的能力高于六棱柱破片,叠层靶比相同厚度单层靶能够提供更好的抗六棱柱破片侵彻的能力。     

SiC陶瓷/UHMWPE纤维复合结构抗12.7mm穿甲燃烧弹试验与仿真

针对SiC陶瓷板、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维板层合而成的复合结构,为掌握组元厚度对其抗弹性能的影响规律,进行12.7 mm穿甲燃烧弹对复合结构的侵彻试验,获得不同撞击速度下的侵彻效果。建立弹体对复合结构侵彻的有限元计算模型,并通过试验验证计算模型的可靠性。采用被验证的计算模型对12.7 mm穿甲燃烧弹侵彻不同厚度组元的复合结构进行仿真计算,分析复合结构在弹体侵彻下的破坏机制及抗弹性能影响因素。研究结果表明：所建立的有限元模型能够可靠计算12.7 mm穿甲燃烧弹对复合结构的侵彻效应;复合结构抗弹性能随组元厚度增加呈线性增加,SiC陶瓷对抗弹性能的影响较UHMWPE纤维板大;随SiC陶瓷与UHMWPE纤维板厚度比的增加,复合结构抗弹体侵彻性能先增强后减小,当厚度比在0.2~0.4之间时,复合结构抗弹体侵彻性能最佳。     

冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构毁伤响应特性

为提高舰船在冲击波和破片群联合作用下抗毁伤能力,提出一种新型高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构,旨在采用TNT炸药和预制破片的方式开展其在联合作用下毁伤响应的数值研究.基于有限元软件LS-DYNA,模拟结构在冲击波和破片群联合作用下的动态响应过程,与典型工况的实验结果对比验证数值模型的可靠性.在此基础上,分析特征点的速度与...     

Residual Characteristic of High-Velocity Steel Fragments Penetrating UHMWPE FRP Laminates

The mechanical performance of ultra-high molecular weight polyethylene fiber (UHMWPE) and its composites were proposed. Penetrated properties of different thicknesses UHMWPE FRP laminates (URP) impacted by 3.3g cubic high velocity fragments were studied. According to the ballistic experimental results and theoretical analysis, the linear relation between ballistic limit vBL and area density AD was confirmed. The relative parameters of showing experientially residual velocity vr were expressed by the function of AD. In the end, versatile experiential expression between vr and AD was found. Prediction of vr and vBL using obtained expressions under the above stated condition of impacting URP was consistent with the experimentaled results. Consequently, the two experiential relations can be used to predict the residual velocity and ballistic limit of cubic high velocity fragments impacting URP. The residual characteristic of high-velocity steel fragments penetrating UHMWPE FRP laminates can be more exactly forecasted by the two derived experiential formulas.     

破片侵彻戴防弹头盔头部靶标钝击效应数值模拟

为研究低速破片对于佩戴防弹头盔的人体头部靶标的杀伤效应,基于枪弹侵彻防弹头盔的3D-DIC试验和和头部撞击试验验证复合材料头盔仿真模型和头部有限元模型的准确性,构建6 mm钢球破片侵彻戴防弹头盔人体头部靶标的数值模型,开展破片从正面、侧面和顶部3个方向的侵彻效应数值模拟。研究结果表明：当破片以600 m/s的入靶速度侵彻时,正面、侧面和顶部侵彻弹着点处的瞬态鼓包高度分别为10.2 mm、11.3 mm和11.5 mm,表明有头部支撑头盔的情况下破片侵彻造成的背面鼓包高度接近;正面侵彻过程弹着点底部颅骨应力最大,侧面侵彻颅骨弹着点底部应力最小,破片侵彻造成的颅骨应力均不会超过损伤阈值,表明低速破片侵彻不会造成颅骨损伤;正面、侧面和顶部侵彻造成的颅内压峰值分别为495 kPa、110 kPa和327 kPa,表明在破片侵彻中侧面的防护效果最好,正面和顶部的颅内压峰值可以造成脑损伤。     

枪弹穿甲后效破片对典型防弹衣侵彻毁伤特性试验研究

为研究枪弹穿甲后效破片对有防护人员的杀伤作用效能,采用一种易碎钨合金弹芯材料的穿甲枪弹、10 mm厚均质钢板和典型聚乙烯（PE）复合材料防弹衣,进行穿甲后效试验。分析穿甲后效破片的质量分布和飞散规律,以及两种不同速度弹头穿甲后效破片对防弹衣的侵彻毁伤效果。研究结果表明：枪弹穿甲后效破片的质量分布范围较大,后效破片在距离防护钢板1.4 m处的散布半径为21.3 cm;枪弹穿甲形成的不规则后效破片对PE防弹衣各纤维层的破坏模式以剪切破坏为主,纤维材料在发生剪切破坏的同时,伴有纤维材料的熔融、灼烧破坏;在后效破片密集作用区,各侵彻孔间的边界相互交叉产生撕裂破坏,形成了相互连通的大破口,且大破口周围产生纤维撕裂扩展,能够加剧破坏程度。     

基于破片穿深的人员不同损伤严重度发生概率评估方法

破片是爆炸性武器的主要杀伤因素,破片致人员损伤严重度的评估是爆炸性武器杀伤威力评估的主要内容。着眼于战场人员的作业能力需求,筛选与损伤严重度判定有关的重要组织器官;基于损伤定级标准与美军战伤评分为基础的损伤严重度评估,建立了不同组织器官不同穿深时的损伤严重度判据;提出了破片在软组织中穿深的计算模型,建立了破片在不同穿透深度时所致不同程度损伤严重度的发生概率。结果表明,基于破片穿深可有效预测人员不同损伤严重度发生概率,为破片人员目标杀伤威力评估提供数学模型。     

低速陶瓷球侵彻明胶研究

为研究低速陶瓷球侵彻明胶运动规律,通过试验和数值模拟方法,测量了不同直径陶瓷球的冲击速度和侵彻明胶深度; 采用能量守恒模型,计算球形破片侵彻明胶深度; 结合试验结果与理论结果进行验证计算。研究发现:对于球形破片侵彻明胶,利用该文的理论分析模型计算出的侵彻深度与试验结果吻合较好; 基于理论模型的可靠性,发现低速陶瓷球侵彻明胶,其直径是影响侵彻深度的主要因素; 将陶瓷球、钨球、钢球的侵彻能力进行对比,综合考虑侵彻深度和最大空腔半径,结果表明陶瓷球更适合作为毁伤元。