钨合金破片对钢板和铝板的高速穿甲实验及数值模拟

研究钨合金破片对有限厚钢板和铝板的穿甲效应. 采用12.7 mm滑膛弹道枪,57.5 mm/14.5 mm二级轻气炮以及通靶速度测试装置组成实验系统进行3g（直径7 mm）球形钨合金破片对9.64,11.78,14.81,15.89和17.9 mm厚Q235A钢板和10.16,20.38 mm厚2A12铝板的穿甲实验,通过实验获得球形钨合金破片对不同厚度金属板的弹道极限以及对Q235A钢板的极限贯穿厚度;采用扫描电镜（SEM）对实验后回收破片进行了微观结构特征观察,分析了不同弹靶作用条件下钨合金破片的失效机理. 进行了与实验相同弹靶结构的数值模拟研究,通过数值模拟研究了破片对金属板侵彻过程中的阻力变化特征. 结果表明,钢板较高的密度是存在极限贯穿厚度的主要原因.     

钢、陶瓷和UHMWPE纤维层合结构抗破片侵彻最佳组合方式

研究钢、陶瓷和UHMWPE纤维3种材料板抗破片侵彻的最佳叠层方式.对同一结构圆柱形破片,采用弹道枪加载方式对钢、陶瓷和纤维为组元材料的5种等面密度复合结构进行等着速度侵彻试验,通过对比复合结构的贯穿情况,掌握组元材料的最佳组合模式为钢/UHMWPE纤维,并以极限面密度吸能为表征参量,进行了钢/UHMWPE纤维层合结构与Q235钢抗破片侵彻性能的对比试验.研究结果表明,钢/UHMWPE纤维层合结构的极限比吸收能是Q235钢板的3.55倍.      

搅拌铸造法制备石墨烯增强铝基复合材料的组织和力学性能研究

石墨烯增强铝基复合材料满足轻量化用材的同时兼具良好的力学性能,是一种极具应用前景的复合材料。通过粉末混合、压坯和热还原,制备了含石墨烯的预制块,并将其作为中间体在搅拌铸造过程中加入,成功制备了石墨烯增强铝基复合材料。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射仪等表征了复合材料的微观组织结构;通过力学性能测试,研究了石墨烯含量对复合材料力学性能的影响。表征结果表明,搅拌铸造法制备的石墨烯增强铝基复合材料中石墨烯结构完整,复合材料的晶粒得到明显细化。拉伸试验表明,石墨烯质量分数为0.4%的铝基复合材料的综合力学性能最佳,抗拉强度、屈服强度和维氏硬度分别较同条件下制备的纯铝提高了55%、47%和63%。断裂机制研究结果表明,随着石墨烯含量的增加,复合材料由韧性断裂转变为脆性断裂。     

石墨烯增强铝基复合材料研究进展

铝基复合材料作为金属基复合材料中最重要的材料之一,在工业生产以及日常生活中有着非常广泛的应用。石墨烯由于其高导热性、高阻尼性、高弹性模量、高强度以及良好的自润滑性成为复合材料中重要的增强体。将石墨烯用作增强体增强铝基复合材料有着非常大的应用潜力。归纳了石墨烯增强铝基复合材料的研究进展;总结了影响其性能的主要因素即增强体材料种类,石墨烯在铝基体中的均匀分散性以及铝基体与石墨烯之间的界面情况;介绍了石墨烯增强铝基复合材料的两种制备方法;分析了石墨烯增强铝基复合材料的增强机制;并展望了其发展前景,以期为制备高性能石墨烯增强铝基复合材料提供参考。     

25Cr5MoA/Q235钢复合板的结合性能

将25Cr5MoA/Q235钢板复合板坯加热到800～1 100 ℃,经保温后轧制1道次,压下量为50%～70%,制成25Cr5MoA/Q235钢热轧复合板试样. 用材料力学性能试验机测试复合板试样复合界面的剪切强度,用光学显微镜和扫描电镜观察界面的组织. 结果表明:当轧制温度在900～1 000 ℃时,有利于25Cr5MoA/Q235钢的复合;道次压下量对25Cr5MoA/Q235钢复合板界面结合强度影响非常大,道次压下量大,有利于形成更多洁净、活化的新生表面,并且可以细化晶粒,提高复合板的结合强度;金属组织中晶粒的梯度变化,有利于提高双金属复合材料的结合强度.     

SiC增强镍基耐磨涂层设计及性能分析

Q235的用途极其广泛,特别是应用于生产机械设备,但在对表面硬度要求较高的工作环境下,Q235钢往往无法满足服役条件.通过在Q235的表面采用TIG焊熔覆碳化硅陶瓷颗粒增强镍基金属复合涂层的方法提高其表面硬度和耐磨性.研究了焊接电流、焊接电压、气体流量、电弧长度和焊接速度等工艺参数对复合涂层涂覆质量的影响;分析了碳化硅陶瓷颗粒与镍基钎料的质量含量配比对复合涂层成型性和力学性能的影响;在此基础上分析了涂层的微观组织形貌、硬度和耐磨性;发现涂层材料在焊接过程中熔合线附近向外逐渐冷却依次形成树枝晶,等轴晶,碳化硅陶瓷颗粒增强镍基金属复合涂层使Q235碳钢表面硬度比母材提高3倍左右,是优良的金属陶瓷涂层钎涂材料.     

立方形破片对钢靶的穿甲威力研究

利用14.5 mm弹道枪通过六射弹弹道极限法,结合LS-DYNA数值计算法研究了8 g立方形钢破片和3 g、8 g立方形钨合金破片垂直侵彻Q235钢靶板的v50弹道极限速度,并分析了三种类型破片在v50弹道极限速度附近的穿甲机理、穿甲威力等。结果表明,三种破片在侵彻靶板时具有相同的穿甲机理,两种类型的钨合金破片具有良好的穿甲效果。在冲击比动能相差不大的情况下,贯穿5 mm靶时,破片材料的密度是影响穿甲威力的主要因素;而贯穿10 mm靶时,破片的密度和质量共同决定着破片的穿甲威力。     

石墨烯碳纳米管混杂增强铝轴承材料微观组织与减磨性能研究

铝基轴承合金(成分:Al-20Sn-1Cu-0.5Mg),摩擦系数降低,在干摩擦过程中具有极为重要的意义。利用化学镀制备镀铜石墨烯及碳纳米管,采用球磨分散、热压烧结的方法来制备镀铜石墨烯及碳纳米管混杂铝基轴承材料;采用金相显微(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的微观组织,利用X射线衍射仪(XRD)对复合材料进行物相分析,通过摩擦试验测试摩擦系数变化,结果表明:通过高能球磨技术能够将石墨烯及碳纳米管分散到铝锡复合粉体中,利用热压烧结工艺可以得到石墨烯及碳纳米管增强铝锡基轴承材料。在干摩擦的条件下,随着石墨烯含量的增加,铝基复合材料摩擦系数显著降低,波动范围也明显减小,当石墨烯含量为1.0wt.%时,复合材料摩擦系数平均值降低至0.12。     

石墨烯铝基复合材料超声辅助微铣削工艺研究

超声辅助微铣削作为一种新兴复合加工技术,在加工硬脆材料和复合材料中具有独特的优势.针对石墨烯铝基复合材料在工业应用中存在难加工、加工精度要求高、加工效率低等问题,本文以纯铝及石墨烯铝基复合材料为研究对象,对不同配比的石墨烯铝基复合材料进行了超声辅助微铣削实验.通过正交实验分析石墨烯含量、每齿进给量以及超声振幅对铣削力和加工表面粗糙度的影响,从而确定石墨烯铝基复合材料在超声辅助微铣削下的最佳工艺参数.实验结果表明,当每齿进给量为1 μm/z,超声振幅为3.05 μm时,石墨烯铝基复合材料的加工性能最优.      

钨球正撞击下低碳钢板的极限贯穿厚度研究

研究低碳钢板在钨球正撞击下的极限贯穿厚度.采用6射弹弹道极限试验数据处理方法通过试验获得Φ6.0 mm（93 W）、Φ7.0 mm（93 W）、Φ6.0 mm（95 W）和Φ7.5 mm（95 W）共4种钨球对6种不同厚度Q235A钢板正撞击下的弹道极限速度和极限贯穿厚度范围.采用Autodyn软件进行了同试验条件下的数值仿真,仿真模型被验证后,通过仿真获得了极限贯穿厚度范围,同时分析了钨球正撞击侵彻过程中的能量转换规律.基于能量守恒,建立了钨球对低碳钢板正撞击下极限贯穿厚度的计算模型.采用所建立的计算模型计算得到:Φ6.0 mm（93 W）、Φ7.0 mm（93 W）、Φ6.0 mm（95 W）和Φ7.5 mm（95 W）4种钨球正撞击下Q235A钢板的极限贯穿厚度分别为16.95,19.17,17.30,21.50 mm,计算结果与试验和数值仿真所获得范围误差不大于10%.研究结果为杀爆战斗部毁伤元的设计提供了基础数据以及方法支撑.      

钢材在不同应变率下力学性能的试验研究

通过INSTRON拉伸试验机和HTM5020型高速拉伸试验机开展Q235钢材的准静态和高速拉伸试验,研究钢材的动态力学性能.结果表明:Q235钢材为应变率敏感型材料,随着应变率的提高,钢材的屈服强度和极限强度明显提高,钢材的应变硬化特征发生显著变化,其名义屈服强度和名义抗拉强度的动力放大系数与应变率之间满足CowperSymonds模型.基于钢材颈缩前的真实应力应变关系,提出了修正的Johnson-Cook模型,该模型可更合理地描述Q235钢应变率效应与应变硬化效应耦合现象.     

玻璃钢-聚氨酯泡沫夹层板抗破片侵彻贯穿研究

为研究环氧树脂玻璃钢-聚氨酯泡沫夹层复合材料靶的抗弹性能,利用弹道枪发射钨合金球形破片撞击不同厚度的单层板及不同组合方式的夹层靶板.获得了不同入射速度下靶板的破坏形貌,通过高速摄影测得破片初速与余速,并利用上下调整速度法估算出靶板弹道极限速度,分析了结构特征对复合材料靶比吸收能的影响,在此基础上,对常用理论模型进行计算对比分析.结果表明:玻璃纤维抽拔、拉伸断裂是靶板吸收能量的主要方式;聚氨酯泡沫抗弹性能较差,作为夹层材料主要作用是防护冲击波;靶板的比吸能与面密度之间呈二次函数抛物线关系,而在相同面密度下,夹层板的吸能总体上是随着玻璃钢占比的增加而增强;THOR公式更加适用于这种材料夹层板的弹道极限计算.      

钨球高速侵彻低碳钢板成坑直径的计算模型

为研究钨球对低碳钢板高速侵彻成坑直径的分析方法.采用12.7mm弹道枪和57.5mm/14.5mm二级轻气炮加载方式,进行了Φ6mm和Φ7mm钨球以600~2400m/s撞击速度侵彻不同厚度Q235A钢板实验,根据实验现象分析了弹-靶作用过程,对不同侵彻速度下钢板上侵彻孔边缘进行了扫描电镜(SEM)观察.研究结果表明,撞击速度在1000m/s时,靶体破坏以动态断裂为主,当撞击速度达到1500m/s以上时靶体破坏以塑性流动为主;据此,同时考虑钨球塑性变形、靶体动态屈服和塑性流动,建立了钨球高速侵彻低碳钢板成坑直径的计算模型,模型计算结果与实验偏差在12%以内.      

填充聚氨酯泡沫蜂窝纸板缓冲性能试验

为了研究复合缓冲材料的缓冲防震性能,将聚氨酯填充到蜂窝纸板的孔隙中制作了聚氨酯蜂窝纸板复合材料并对其进行落锤冲击试验和静态压缩试验。通过试验数据和应力-应变曲线,分析了该复合材料在静态和低速冲击条件下表现的力学行为,进而对其静、动态缓冲吸能性能进行对比研究。结果表明:蜂窝纸板材料的静态、动态吸能量均随孔径的增大而增大,动态吸能量增大的幅值更明显;复合材料的吸能量随蜂窝纸板孔径增大而增大,随纸板厚度增大而减小;复合后的材料较蜂窝纸板材料静、动态缓冲性能和吸能量都有了较大的提高。     

粘钢加固H形截面压弯钢柱受力性能试验研究

为研究粘贴钢板厚度和荷载偏心距对粘钢加固后的压弯钢柱受力性能的影响,对4个加固后的压弯钢柱以及1个作对比的未加固压弯钢柱进行静力试验,采用Q235B热轧中翼缘H形截面。加固方式为型钢翼缘外侧对称粘贴钢板并全长加固。柱两端采用圆柱铰以实现试件平面内偏心受压。分析了各试件柱中的位移变化、腹板的应变分布、翼缘与钢板之间应变关系、破坏模式以及极限承载力,并将承载力的试验分析值与理论计算值进行对比。结果表明:翼缘外粘钢板加固压弯柱能有效提高其平面外稳定承载力;加固后的压弯钢柱腹板截面塑性发展更明显;偏心距是影响加固后压弯钢柱稳定承载力的主要因素,较小的偏心距有利于钢板与型钢之间通过胶层黏结形成整体共同工作。     

SiC/Al层状复合材料的弹道冲击动态响应

本文设计并制备了两种不同结构的多层SiC/Al合金复合材料,对其进行了弹道冲击测试。其中结构A为具有两层陶瓷板和一层金属内衬板;结构B为具有三层陶瓷板和两层金属内衬板。具有三层陶瓷板的结构B,相对于具有两层陶瓷板的结构A,在弹道冲击作用下,表现出较好的结构完整性。弹道冲击后,作用于结构A的弹体质量损失大,但是其长度损失小。对于结构B,单层陶瓷板厚度较小,但是对弹体的磨蚀作用强于结构A。陶瓷/金属层状复合材料作为一个整体,金属内衬板自身也吸收一部分冲击动能,从而导致了向后的变形,同时也产生阻力对断裂锥和弹体进行减速。此外,弹－靶结合瞬间产生巨大的热量,导致弹体发生部分熔蚀,也是弹体质量和长度损失的原因之一;同时金属内衬板也发生部分熔化。