陶瓷基透明防弹装甲研究进展

随着军用载具所受威胁的不断升级,对于驾驶舱的防护要求也在增加.传统以防弹玻璃为主的透明装甲已难以满足使用要求.更轻更薄的陶瓷基透明装甲正在逐渐成为主流选择.与其他防弹装甲相似,透明防弹装甲的主要研究方向包括:寻找性能更优的材料用于装甲组件;通过实验或计算机模拟对结构设计与弹道实验进行指导;更加深入地了解装甲材料所需的主要性能、系统整体性能以及整个系统各组件之间的相互影响.依据这一思路,本文首先简要综述了陶瓷透明防弹装甲研究较多的三种迎弹面陶瓷材料的优缺点、制备工艺以及各自的发展及应用水平,三种陶瓷中蓝宝石的静力学参数最优,而实际防弹效果则以多晶陶瓷更好,导致这一现象的原因主要是两类陶瓷碎裂模式的不同产生的弹丸-陶瓷相互作用效果的差异;然后对多晶陶瓷、单晶、玻璃三种类型材料高应变率下的裂纹扩展特性和防弹性能进行了讨论,高应变速率下材料裂纹扩展特性对冲击能量/速率是敏感的,多晶陶瓷是沿晶断裂和穿晶断裂的复合扩展方式,蓝宝石高能冲击下裂纹扩展特征类似多晶陶瓷,临界能量以下则以沿特定晶面的解理断裂为主;最后对透明防弹装甲各功能层的选材标准和结构设计原则进行了总结与展望,迎弹面优选高杨氏模量、高硬度的细晶粒多晶陶瓷材料,中间层选用具有良好的断裂韧度、高弯曲刚度以及将破碎控制在较小范围的能力的材料,背弹面要求材料具有一定的延展性和低密度的特点.各层之间需相互配合才能实现透明陶瓷装甲防弹效能的最大化.     

化学强化铝硅酸盐玻璃表面微观力学行为的有限元模拟

采用有限元方法研究化学强化铝硅酸盐玻璃的表面硬度、模量等微观力学行为,并与纳米压痕实验结果进行对照.结果表明,通过有限元计算获得的纳米压痕载荷-位移曲线与实验结果吻合度良好,根据有限元模拟得到的载荷-位移曲线,采用Oliver和Pharr方法计算出的硬度和杨氏模量值与实验得到的硬度和杨氏模量值非常接近.模拟过程中采用了根据Larsson塑性公式计算出的铝硅酸盐玻璃屈服强度与塑性区域的应力应变关系,模拟结果与实验结果吻合度高说明根据Larsson塑性公式获得的铝硅酸盐玻璃塑性参数准确度较高.根据有限元模拟得到的应力分布情况,分析了铝硅酸盐玻璃在化学强化前后的弹塑性变形行为,结果表明化学强化产生的表面压应力层对铝硅酸盐玻璃的弹性区影响较大,对塑性区影响较小.     

钠钙/铝硅酸盐玻璃疲劳行为研究进展

钠钙硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃因高强度和高硬度等优异的物理性能被广泛用于民用和国防军工等领域。疲劳断裂是钠钙/铝硅酸盐玻璃失效的主要形式之一。研究钠钙/铝硅酸盐玻璃的疲劳行为对指导其加工工艺、预测寿命与防止失效具有重要意义。本文综述了硅酸盐玻璃疲劳行为的基本原理、实验方法以及钠钙硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃静态疲劳与动态疲劳行为的国内外研究进展,通过对比钠钙硅酸盐玻璃与铝硅酸盐玻璃的疲劳行为发现:钠钙硅酸盐玻璃原片的裂纹萌生门槛值远低于铝硅酸盐原片玻璃的裂纹萌生门槛值,且化学强化钠钙硅酸盐玻璃与铝硅酸盐玻璃的裂纹萌生门槛值均随表面压应力的增大而增大;钠钙硅酸盐玻璃与铝硅酸盐玻璃的裂纹扩展速率均随假想温度的升高而增加,且铝硅酸盐玻璃的裂纹扩展速率随假想温度的变化更大;钠钙硅酸盐原片玻璃与铝硅酸盐原片玻璃的断裂应力均具有加载速率依赖性,而化学强化铝硅酸盐玻璃的动态疲劳断裂应力不具有加载速率依赖性。因此,应力状态和环境因素对化学强化钠钙/铝硅酸盐玻璃静态疲劳与动态疲劳行为的影响将成为未来研究方向。