撞击位置对陶瓷/纤维复合材料板抗弹评价的影响

为了准确表征陶瓷/纤维轻型装甲复合材料的抗侵彻性能,提高抗弹性能评估的可靠性,通过12.7 mm穿甲燃烧弹打击侵彻被测靶板的DOP试验方法,以质量防护系数表征分析了陶瓷/纤维复合装甲板在不同打击位置的抗侵彻能力。数据表明:以陶瓷片铺层的复合装甲板在不同打击点的抗弹性能分散性较大,存在抗侵彻典型区域和危险点,弹体着靶位置影响对其抗弹性能的评价。只有充分考虑危险点的试验数据,陶瓷/纤维复合装甲板的抗弹性能试验评估才能更准确、可靠。     

陶瓷复合装甲不同区域抗弹丸穿甲能力试验研究

为优化设计陶瓷/高强钢/铝合金复合装甲板,研究了陶瓷/钢/铝合金复合结构中陶瓷面板不同区域抗12.7mm穿甲子弹垂直侵彻的性能。通过弹道试验得到装甲的垂直穿深、钢背板的变形和穿孔模式等。结果表明,弹着点对靶板抗弹机理有重要影响,弹着点在中心区和偏心区时,可以形成陶瓷锥,粉碎区完整;当弹着点在边界区时不能形成陶瓷锥,靶板的抗弹能力显著下降。     

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。     

陶瓷/铝合金复合装甲倾角效应研究

采用12.7mm穿甲枪弹,进行陶瓷/铝合金复合装甲在不同倾角条件下抗弹侵彻试验,研究倾角效应对抗弹性能的影响。研究结果表明:陶瓷复合装甲的倾角效应为正效应,即随着倾角增大,陶瓷的抗弹性能提高;弹靶作用时陶瓷面板中倒陶瓷锥的形成是陶瓷复合装甲抗弹性能提高的主要原因。     

高速弹体侵彻钢/陶瓷/超高分子量聚乙烯纤维/钢实验

为研究多层结构不同材料复合靶抗高速弹体的侵彻性能与抗弹机理,设计5 mm低碳钢面板+20 mm陶瓷板+20mm陶瓷板+20 mm超高分子量聚乙烯纤维板+20 mm间隔层+10 mm低碳钢背板的多层介质复合靶结构,单层陶瓷板由陶瓷小块黏结并经玻璃纤维层包裹而成,双层陶瓷板以超高分子量聚乙烯纤维板为背板支撑并与板后间隔层构成吸能夹层。通过采用质量为40 g、尺寸为?12.8 mm×40 mm的平头圆柱形弹体高速撞击靶板,获得弹体对该结构靶板侵彻的弹道极限。结果表明,40 g弹体对该多层介质复合结构靶板侵彻的弹道极限速度为1 628.5 m/s,各层结构抗弹作用结合良好,抗高速弹体侵彻性能显著。     

钨球对陶瓷/铝复合靶的侵彻与贯穿

采用弹道枪动加载设备,对钨合金球垂直侵彻陶瓷铝复合靶的弹道性能进行了实验研究,给出了钨球侵彻陶瓷/铝复合靶时,球靶的作用过程,分析了陶瓷/铝复合靶的抗侵彻贯穿机理,测得了钨球贯穿不同面密度靶板的弹道极限速度并与钨球侵彻均质装甲板的作用过程进行了分析对比,所给出的结果对破片式战斗部威力设计及轻型装甲结构的优化设计具有参考意义。     

陶瓷/钛合金靶抗圆柱体弹侵彻的仿真研究

为研究7.5 g圆柱体弹侵彻下,不同厚度配比的陶瓷/钛合金靶板的弹道极限速度及靶板的破坏模式,利用有限元软件ANLYSYS/LS-DYNA,对高速圆柱体弹侵彻陶瓷/钛合金结构进行数值模拟仿真,得到了弹道极限速度随陶瓷厚度和钛合金厚度变化的拟合公式,探讨了陶瓷和钛合金厚度比对结构抗弹性能的影响规律。结果表明:陶瓷/钛合金结构的破坏变形程度基本随着结构弹道极限速度的增大而增大,与增加陶瓷厚度相比,增加钛合金厚度对弹体侵蚀程度及靶板变形程度产生的影响更大; 结构的单位面密度吸能基本随陶瓷/钛合金厚度比的增大呈先增大后减小的趋势,当陶瓷/钛合金厚度比在1～2之间时,结构抗弹性能较好。     

不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能

为支撑陶瓷复合装甲的结构设计,研究不同厚度比陶瓷/金属复合装甲的弹道防护性能。通过陶瓷/金属复合结构抗侵彻性能弹道实验及数值模拟研究,完成有限元-光滑粒子流体动力学耦合计算模型的校验;模拟长杆弹撞击陶瓷复合装甲过程,分析装甲陶瓷与金属背板厚度比对界面击溃效应影响,获取不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能。研究结果表明：陶瓷复合装甲存在两种主要防护机制;当弹体速度小于1 000 m/s,随着陶瓷厚度从15 mm增加至25 mm,复合装甲的界面击溃驻留时间能够提高一倍以上,期间弹体耗能最高可达50%;当弹体速度大于1 000 m/s时,侵彻阶段的耗能占据弹体动能损失的主导,期间最高耗能可达85%;当金属与陶瓷的厚度比为2∶1时,复合结构使弹体具有较长的界面驻留时间,并实现较高的弹道防护效能。     

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.     

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%。     

复合顺序对复合板抗侵彻能力影响的数值分析

文中研究了在一系列弹体着速下,复合板的复合顺序对复合板的弹道特征量的影响.文中建立了两种不同复合顺序下弹体正侵彻复合靶板的模型,运用显示动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,对弹体正侵彻复合靶板进行了数值仿真.单独分析和对比分析两种模型的弹道特征量,得出复合板的抗侵彻能力随复合顺序和弹体着速改变的规律.数值分析的结果对提高复合装甲的抗侵彻能力具有一定的参考价值.     

55%B_4C/7075Al复合材料抗弹性能与损伤行为研究

通过压力浸渗方法制备体积分数55%B_4C/7075Al复合材料,并测试其对7.62 mm穿甲燃烧弹的抗弹性能。结果表明:复合材料具有优异的抗弹性能,相比于603装甲钢,防护系数可达4.13,厚度系数可达1.37。利用SEM观察55%B_4C/7075Al复合材料不同侵彻位置的微观损伤,并利用LS-DYNA对子弹侵彻靶板过程进行有限元分析模拟,重点研究靶板不同位置的应力分布,阐明了B_4C/Al复合材料在弹体侵彻过程中不同位置的宏微观损伤机制。     

不同厚度陶瓷与钢背板复合抗弹丸穿甲能力的实验研究

采用12.7mm穿甲燃烧弹,研究陶瓷/钢复合装甲当陶瓷支撑钢板厚度不同时抗弹性能的变化情况.靶板采用Al2O3陶瓷作为面板,背板采用高强度钢板,装甲铝合金为基板,背板与面板之间应粘结良好.研究结果表明:陶瓷面板厚度为10mm时,随着钢背板厚度增加,整体结构的抗弹能力提高;陶瓷面板厚度为8mm,钢背板厚度为1～2mm时,抗弹能力随着背板厚度增加变化不显著;面/背板间高粘接强度可保证陶瓷面板具有优良抗弹性能.     

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。     

M855A1步枪弹侵彻钢靶板数值仿真

M855A1是一种采用新型穿甲弹结构的小口径步枪弹,较M855步枪弹主要优化了硬目标穿甲与软目标杀伤性能。为研究其穿甲性能,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同射程下M855A1步枪弹侵彻结构钢靶板、装甲钢靶板的过程进行数值仿真,分析穿甲过程中弹头与钢靶板的变形和损伤演化,并对射程与极限穿透厚度的关系进行函数拟合,拟合精度高于99%。结果表明,M855A1步枪弹能基本满足现代小口径步枪弹对穿甲性能的需求,其结构在低速、薄靶条件下对弹体动能、质量的利用效率较高。     

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。     

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。     

陶瓷/金属复合靶受12.7 mm穿甲燃烧弹侵彻时弹靶破碎特征

弹靶破碎特征对陶瓷/金属复合装甲的抗弹性能有明显的影响,针对这一现象,进行12.7 mm穿甲燃烧弹垂直侵彻不同陶瓷材料下的陶瓷/金属复合靶板的实验研究。通过观测回收的弹芯及靶体陶瓷宏观破坏形貌,分析不同陶瓷材料与弹芯及陶瓷主要破坏特征之间的关系;通过对碎块的多级筛分称重,开展对不同陶瓷材料下弹芯及陶瓷面板的碎块尺度分布规律的研究。试验结果表明不同断裂韧性对陶瓷和弹的破碎形态及碎块粒径分布有明显影响：当陶瓷的断裂韧性增大时,弹芯小碎片的质量减小,大质量碎片增加,破碎程度减小;陶瓷半锥角增大,径向裂纹减少,陶瓷锥内破碎区碎块尺度呈增大趋势,故整体陶瓷锥破碎区占比提升;弹芯碎块及破碎后的陶瓷碎块粒径累计质量分布符合幂律分布模型。其中弹体碎裂主要分为两个部分,较大的碎块主要是由压剪断裂及应力卸载所导致的拉伸断裂所致,细碎化只发生在弹体头部,主要是由应力波产生的微裂纹与冲击诱发的粒间裂纹相互作用所致;径向裂纹及陶瓷锥是陶瓷冲击破坏的主要表现形式。     

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。     

多层异质陶瓷复合靶板抗侵彻试验及数值模拟

为研究结构形式及泡沫铝夹芯对多层异质陶瓷复合靶板抗侵彻性能的影响,根据DOP试验方法,利用14. 5 mm穿甲弹对4种不同结构多层异质陶瓷复合靶板进行侵彻试验研究,通过数值仿真对4种结构靶板抗侵彻性能进行模拟,验证模型的正确性,并分析泡沫铝厚度对复合装甲结构抗侵彻性能的影响。结果表明:10 mm陶瓷+10 mm芳纶+6 mm 616装甲钢的防护性能最优,泡沫铝夹芯结构有助于减小陶瓷板损伤面积,提升抗多次打击能力;装甲钢作为芳纶支撑板,有助于增加弹丸侵彻阻力;泡沫铝厚度对靶板防护性能影响显著。