影响陶瓷装甲抗弹性能的主要因素

根据陶瓷复合装甲的抗弹原理,综述了陶瓷材料性能、陶瓷面板的形状和尺寸、陶瓷装甲的结构形式等主要因素对陶瓷装甲抗弹性能的影响,通过对这些因素的提高和优化来提高装甲的抗弹性能.     

抗弹陶瓷在复合装甲中的应用

正一、引言当今世界的主旋律是和平与发展,这是各国人民共同追求的目标。然而,在近几十年来,各种各样的局部战争从来就没有停止过,特别是近年来极端恐怖组织的出现和破坏活动的加剧,已经使世界和平面临巨大威胁,从而使打击恐怖活动成为当务之急。在如此的国际大环境下,世界各国纷纷投入巨资进行各种高性能武器装备的研发和制造,一些杀伤力巨     

陶瓷复合装甲粘结层效应和抗多发打击性能的数值模拟研究

粘结层性能对陶瓷复合装甲抗多发打击性能有重要影响。建立了研究粘结层和多发打击的数值模拟方法,解决了传统方法不能模拟“脱粘”和多发打击的问题。基于文献弹道试验,研究了环氧树脂和聚氨酯两种粘结层材料及其厚度对陶瓷/铝合金复合装甲抗7.62mm 穿甲弹单发和两发打击性能的影响。结果表明:单发打击的数值模拟可不建粘结层,而多发打击应采用建粘结层的方法;抗单发打击时,粘结层越薄,极限速度越大;抗多发打击时,陶瓷复合装甲应采用聚氨酯粘结层,且其抗两发打击的较优厚度约为0.40mm。     

陶瓷/纤维复合装甲抗弹丸侵彻性能的试验与数值模拟研究

本工作研究了由碳化硼(B4C)/碳纤维(CF)/超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)组成的复合装甲对抗7.62 mm穿甲燃烧弹的抗侵彻性能.通过实验和数值模拟,系统地研究了陶瓷复合装甲各层对弹丸的作用机理.首先将模拟与实验结果进行比较,验证了模拟方法的可靠性.在此基础上,开展了陶瓷复合装甲的陶瓷面板的材料/厚度数值模拟研究,分别采用氧化铝(Al2 O3)、碳化硅(SiC)、碳化硼(B4 C)作为陶瓷面板,研究了不同厚度陶瓷板的吸能效率,结果表明,以B4 C陶瓷作为面板,当其厚度为10 mm时所得复合装甲的防弹性能最佳.     

复合装甲中吸波层对材料防弹性能的影响

冲击波对复合装甲的破坏程度和方式受到一些因素的影响。采用吸波层来减弱冲击波对材料本身的破坏程度,初步研究了冲击波破坏装甲的形式和机理,并从防止冲击波振荡叠加的角度提出一些提高复合装甲防弹性能的措施。试验结果表明,使用吸波层使复合装甲的防弹性能有了明显的提高。     

大气等离子喷涂NiCrBSi-Mo/Ni涂层中黏结层对NiCrBSi-Mo复合工作层性能的影响

利用大气等离子喷涂系统在叶片钢材料FV520B上依次制备镍基黏结层和NiCrBSi-Mo复合工作层,并对NiCrBSi-Mo粉末的沉积率、涂层孔隙率、结合强度及表面硬度进行测试。结果表明:在NiCrBSi-Mo/Ni涂层中,厚度为180~220μm的黏结层在提高NiCrBSi-Mo粉末沉积率的同时可制备较低孔隙率、较高结合强度和硬度的表层涂层;黏结层厚度的增大导致工作层起始沉积位置的孔隙率增大,且加快了工作层在垂直方向上孔隙率的衰减过程。SEM分析发现,黏结层厚度的增大引起黏结层与工作层结合界面处熔滴沉积堆叠形貌的变化,黏结层中的缺陷对工作层产生"遗传性"的影响;胶结拉伸实验表明,黏结层厚度过大会导致拉伸过程中黏结层与工作层结合面处的断裂;在不同的抛磨面,一定黏结层厚度的试样块在垂直方向上的维氏硬度衰减较为缓慢,NiCrBSi-Mo/Ni涂层不仅保持了涂层表面高的硬度,且增大了涂层的厚度,以修复材料表面的损伤。     

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。     

低熔点金属Fe对AlN-Mo复合陶瓷性能的影响

以氮化铝粉、钼粉为原料,采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了AlN-18%Mo复合陶瓷。采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)仪、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、介电频谱(Dielectric frequencyspectrum)分析研究了低熔点金属Fe对复合陶瓷导电性能及介电性能的影响。结果表明,随着低熔点金属Fe含量的增加,复合陶瓷的渗流转变温度逐渐降低,添加1%(体积分数)Fe,AlN-18%(体积分数)Mo复合陶瓷的渗流转变温度降低了90℃;随着低熔点金属Fe含量的增加,AM18复合陶瓷的介电常数、损耗逐渐增加,并从复合材料的显微结构及介电理论方面对以上结果给予解释。     

陶瓷/金属复合靶抗侵彻性能的数值模拟方法研究

采用自主开发的欧拉型二维爆炸与冲击问题仿真软件EXPLOSION-2D对钨杆侵彻陶瓷/金属复合靶板进行了数值模拟研究。为了描述陶瓷材料的损伤特性,在软件中嵌入JH-2本构模型及通过平板撞击实验结果拟合得到的高压状态方程。在质点网格法的基础上,给出了在欧拉算法下脆性材料累积损伤、破坏的数值算法。采用上述模型及算法研究了不同陶瓷片厚度条件下陶瓷/金属复合靶板的抗侵彻性能,分析了陶瓷靶损伤演化规律和侵彻过程。数值模拟结果与DOP(侵彻深度实验)结果吻合得较好,验证了该文模型和算法的有效性。     

装甲钢焊缝区抗弹防护性能初步探讨

目的 初步探索装甲钢焊缝区的抗弹防护性能并提出防护能力提升措施。方法 通过对装甲钢焊接结构进行组织性能分析及抗弹性能测试,获得焊接对装甲车辆抗弹防护性能的影响规律,并对装甲车辆抗弹防护能力提升对策进行讨论。结果 装甲钢接头焊缝区宽度达到46 mm,焊缝中心硬度低于312HV,较母材区硬度降低40%以上;抗弹性能测试结果表明,焊缝区的抗弹性能较母材区的显著衰减,为提升装甲车辆整体抗弹防护能力,针对焊缝区薄弱点从焊接工艺控制、结构优化、加装防护组件3个方面进行讨论,并提出了相应的防护对策。结论 装甲钢焊缝区是抗弹防护的薄弱点,需通过一系列的防护措施减少焊缝区正面中弹概率,提高装甲车辆服役期间的抗弹防护能力。     

刚玉系抗弹陶瓷的显微结构与性能研究

研究了95瓷、99瓷、铬刚玉瓷和钒刚玉瓷等刚玉系抗弹陶瓷的显微结构与性能的影响关系。结果表明有效添加剂可以改善陶瓷的显微结构，提高其力学性能和抗弹能力，为研制高性能抗弹陶瓷提供了有效途径。     

高速长杆弹对陶瓷装甲侵彻的数值模拟

利用三维非线性动力有限元程序LS-DYNA3D,建立了高速钨质长杆弹对多层陶瓷装甲侵彻的有限元分析模型,描述了侵彻全过程的有关物理和力学现象,对进一步研究陶瓷装甲防护及弹体侵彻性能具有一定的参考价值。     

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.     

某陶瓷/钢复合装甲抗大质量破片侵彻能力研究

陶瓷/金属复合结构装甲具有质量轻、抗弹性能优异的特点,广泛应用于各类轻质装甲中。为得到某陶瓷/钢复合装甲抗大质量破片的侵彻能力,在与已有试验结果对比验证的基础上,运用ANSYS/LS-DYNA软件对大质量破片侵彻该陶瓷/钢复合装甲过程进行数值模拟,分析破片初速、装甲倾角对破片极限穿透速度和后效威力的影响,以及侵彻过程中破片能量变化,获得了该复合装甲的抗侵彻规律,并利用工程算法计算得到装甲防护系数。结果表明：随着装甲倾角的增加,破片极限穿透速度先减小后增大,剩余速度和剩余质量先增大后减小,装甲存在一个“最易侵彻角”;随着破片初速的增加,破片剩余速度呈线性递增,剩余质量呈线性递减;通过工程算法得到该装甲面密度为普通装甲钢的74%,对破片的防护系数达到1.5。     

反应烧结B4C/Al2O3复合陶瓷的装甲防护性能研究

以B₂O₃、Al、石墨和B₄C粉体为原料, 采用反应-热压烧结工艺在1800℃/35 MPa的烧结条件下制备了致密的碳化硼基复相陶瓷, 对复相陶瓷的显微组织、物相组成、硬度、抗弯强度以及断裂韧性进行了观察与测试, 采用7.62 mm口径的穿甲弹分别对约束状态下和自由状态下的复相陶瓷靶板进行了剩余穿深试验(DOP), 并以AZ陶瓷和B₄C陶瓷为对比靶板, 根据剩余穿深结果计算了各自的防护系数。结果表明, 复相陶瓷的主要成分为B₄C和Al₂O₃, 其中主相B₄C约占70wt%, 第二相Al₂O₃约占30wt%, 由Al-B-O共同构成的复杂中间相填充在主相与第二相之间; 复相陶瓷的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为2.82 g/cm³, 41.5 GPa, 380 MPa和3.9 MPa•m^1/2, 其中断裂韧性比纯碳化硼陶瓷提高了85.7%; 复相陶瓷的防护系数为7.34, 比AZ陶瓷和碳化硼陶瓷分别提高了11%和70%; 在约束状态下, 各个样品的防护系数比自由状态均提高10%。     

双液金属复合耐磨板厚度对复合层组织和性能的影响

利用双液铸造液膜连接工艺制备大平面的低碳钢/高铬铸铁耐磨板。采用SEM,EDS对复合层进行组织观察及成分分析。结果表明:不同厚度的复合板从低碳钢侧至高铬铸铁侧可以分为低碳钢→珠光体过渡层→复合层→高铬铸铁过渡层,双金属复合层完全实现了冶金结合。通过对复合层区域进行显微硬度分析,从低碳钢至高铬铸铁侧的显微硬度在345~1260HV范围梯度分布。复合层的显微组织主要为γ-Fe+粒状碳化物。高铬铸铁过渡层奥氏体组织呈现垂直复合层方向的树枝状生长,并随着耐磨板厚度的增加,奥氏体生长的方向性逐渐消失。根据低碳钢的温度变化初步建立了相关的温度场数学模型。     

柱形弹撞击陶瓷/金属复合板的Florence模型修正研究

以Florence模型为基础提出了一种修正模型,可以用于求解金属/陶瓷复合装甲板的弹道极限速度.修正模型考虑到弹体在撞击过程中的变形,在原始Florence模型基础上,结合泰勒理论来计算弹体变形能.修正方程的理论解与Winkins的实验值较为吻合.最后根据修正的Florence模型,分析了板厚参数对靶板弹道极限速度的影...     

多层粘弹阻尼复合结构阻尼性能的研究

制备了多层粘弹阻尼复合结构，并研究了其阻尼性能．实验结果表明，多层粘弹弱约束阻尼复合结构的阻尼性能优于多层粘弹自由阻尼复合结构的阻尼性能．     

多层复合舰用装甲结构抗高速破片特性比较研究

基于舰船舱壁防火、抗爆和抗高速破片冲击等综合防护需求,提出钢/陶瓷棉/FRp隔热对称式多层复合防护结构形式(简称MCFS结构).针对MCFS结构和钢/FRP对称式夹层结构(简称MFS结构)在高速(＞1000 m/s)破片模拟弹冲击下的损伤及吸能特性进行试验研究,结果显示,弹道冲击下MCFS结构的典型破坏模式为:前置钢板...