UHMWPE背板铺层角度对陶瓷复合靶板抗弹性的影响

由于背板强度对陶瓷/纤维复合装甲的抗弹性能存在明显影响，采用12.7 mm穿燃弹(刚脆性)冲击实验研究了不同UHMWPE背板铺层角度对陶瓷/纤维复合装甲弹道冲击性能的影响.通过观测回收的弹芯、靶体陶瓷及纤维背板宏观破坏特征，分析了陶瓷/纤维复合装甲的耗能机理及抗弹性能.试验结果表明，陶瓷锥是陶瓷面板的主要破坏模式，其宏观裂纹主要有:径向、环向及与锥形裂纹；纤维背板变形模式为动态锥形鼓包及边界褶皱，其破坏失效模式有:剪切失效及层间剥离.并且，背板强度对陶瓷/纤维复合靶板的抗弹性能有明显影响，随着UHMWPE背板铺层角度的减小，背板强度以及陶瓷/纤维靶板整体结构刚度随之增大，靶板对弹芯的破碎作用越明显，冲击后剩余弹芯最大碎片质量减小，小碎块数量增多，弹丸碎块穿透靶板后剩余侵彻能力减弱，复合靶板整体抗弹性能增加，同时背板鼓包高度减小，锥形鼓包所形成的角度增大，纤维层合板的破坏失效模式从剪切失效向层间剥离转变.      

不同速度下B4C陶瓷/铝合金轻型复合靶板抗侵彻行为研究

陶瓷复合装甲由于其本身高硬度、低密度的特点被广泛应用于高机动性武装载体上，其主要威胁弹体为12.7 mm穿甲燃烧弹。该弹种在侵彻陶瓷轻型复合靶板时弹芯会发生脆性破碎失效行为，弹丸着靶速度的不同会导致弹芯破碎程度的变化，从而直接影响侵彻结果。利用12.7 mm穿燃弹以区间速度498.9～769.2 m/s撞击B₄C/铝合金轻型复合靶板的试验，对靶板与弹芯的损伤模式与侵彻行为进行多尺度分析，并利用LS-DYNA软件进行相应数值模拟。研究结果表明：6061-T6铝合金背板主要失效形式为花瓣形撕裂穿孔并伴随永久性隆起形变，试验得到的弹芯碎片的平均特征尺寸随着侵彻速度的增大而减小，证明在高速侵彻过程中弹芯损伤更为严重；弹芯头部的应力远大于其他位置的应力，弹体从头至尾部方向峰值逐渐降低；对弹芯造成损伤的主要为陶瓷抗弹面板，主要损伤位置为陶瓷粉碎区；背板在侵彻过程中主要对陶瓷起支撑与缓速作用，对弹体的体积与形变无明显影响；陶瓷/铝合金复合装甲的能量吸收能力随着侵彻速度的增大而提高。     

基于FEM/SPH算法的管壁效应对聚能射流影响的数值模拟

基于LS-DYNA 3D软件,应用SPH/FEM算法对聚能射流侵彻不同内径管状装甲的过程进行数值模拟。研究发现金属射流穿过装甲管时,部分射流粒子从主体逃逸;逃逸粒子飞溅至管壁后在管壁效应作用下,粒子向心反弹或沿管壁做向心运动,对后续射流产生持续干扰,使其失稳和断裂降低侵彻能力。对比同等厚度及间隙的双层靶板,发现管状装甲对射流的干扰明显优于间隙靶板。对比不同管径情况下逃逸粒子的飞散现象,射流的剩余动能及对后效靶的剩余穿深。结果表明:当管径在10~20 mm范围内时,装甲管对聚能射流的干扰能力逐渐增强;在20~30 mm范围内时,装甲管对聚能射流的干扰能力逐渐减弱,管径为20 mm时装甲管对聚能射流的干扰能力最强。得出的规律可以为管状装甲的优化和设计提供一定的参考。     

爆炸复合金属靶抗侵彻性能分析

针对弹体侵彻爆炸复合金属靶的问题,提出了用固连．失效模型反映爆炸复合板层间结合的方法。利用非线性有限元程序LS-DYNA3D对爆炸复合靶的弹道侵彻过程进行了数值模拟。结合弹击实验分析了靶板的破坏机理和吸能方式。借助于数值模拟结果定性地分析了靶板层间结合强度和厚度分布对抗侵彻性能的影响。结果表明：采用该固连-失效模型可较好地模拟爆炸复合靶在弹体侵彻下的变形过程;较硬的面板对弹丸的破坏作用和较软的背板对弹丸能量的吸收作用将使得复合板的抗侵彻性能提高;面板与背板厚度比约为2：1时抗侵彻性能最好;界面结合强度的存在也将提高复合靶的抗侵彻性能。     

圆电流和亥姆霍兹线圈磁场的研究

根据毕奥-萨伐尔定律,导出了圆电流磁场分布的级数解表达式.应用磁场叠加原理,得到亥姆霍兹线圈的磁场分布的普遍表达式.由此讨论了亥姆霍兹线圈之间近轴和轴线上磁场的分布情况.并给出亥姆霍兹线圈产生均匀磁场区的条件.     

考虑形状分布特性的聚能射流侵彻作用规律研究

聚能射流对带壳装药的冲击引爆能力与其侵彻有限厚靶板的剩余头部参量及剩余动能密切相关.为研究考虑形状分布特性的聚能射流侵彻作用规律，建立了聚能射流侵彻靶板及靶后参量计算模型.开展了50 mm聚能射流成型X光试验及静破甲试验研究，验证了计算模型的可靠性.在此基础上，计算分析了射流形状、靶板厚度、炸高等因素对聚能射流侵彻有限厚靶板剩余射流头部参量及剩余动能的影响规律.结果表明：随着靶板厚度的增大，剩余头部参量减小.随着炸高的增大，一次函数形状射流剩余头部参量持续降低，常函数、二次函数形状的射流剩余头部参量先增大后减小.在不同的靶板厚度及炸高条件下常函数形状射流的剩余头部参量均为最大；在侵彻有限厚靶板剩余射流动能方面，其剩余射流动能随着靶板厚度的增大而减小.随着炸高的增大，常函数形状射流剩余动能持续降低，一次、二次函数形状的射流剩余动能先减小后增大.当炸高小于4～5倍装药口径时，二次函数形状射流剩余能量最高，当炸高大于4～5倍装药口径时，常函数形状聚能射流剩余能量最高.     

YAG透明陶瓷复合靶抗弹机理研究

透明陶瓷是兼具较好的力学和光学性能的新一代透明防护材料，在低面密度、高透过率、高防护能力的透明装甲方面有重要的应用前景. 为探究YAG透明陶瓷复合靶抗弹机理，本文基于弹道枪测试平台与高速摄影技术，获得了12.7 mm穿甲燃烧弹冲击YAG透明陶瓷复合靶的弹靶冲击瞬态作用过程，确定了透明陶瓷复合靶各层损伤特征与弹体的破坏形态，测定了背板背凸量. 在此基础上，利用AUTODYN动力学有限元模拟软件，建立了YAG透明陶瓷复合靶抗制式弹过程的有限元模拟方法，探究了典型结构透明陶瓷复合靶的抗弹机理，并分析了透明陶瓷与聚碳酸酯层厚度变化对其抗弹性能的影响规律. 研究结果表明，透明陶瓷复合靶依靠透明陶瓷面板的高强度破碎弹体以有效消耗弹体冲击动能，玻璃层消耗陶瓷锥的冲击能量，背板吸收残余动能，从而实现低面密度的透明防护；透明陶瓷面板的增加能够更为有效地破坏弹体，从而实现提高装甲防护能力的目的；聚碳酸酯在一定的厚度范围区间能实现复合靶较低面密度的高效防护作用.      

SiC/UHMWPE复合装甲板抗侵彻性能的试验与数值模拟

采用碳化硅(SiC)陶瓷结合超高分子聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)硬-软结构,设计出4种不同配比的轻型复合装甲板.研究了不同类型小口径子弹对不同配比复合装甲板的侵彻性能,同时运用LS-DYNA软件对侵彻过程进行了数值模拟分析,模拟结果与试验结果具有较好的一致性.结果表明,该硬-软结构的轻型复合装甲板能有效防护7.62和5.8mm小口径弹药的进攻,极大地提升了防护性能.     

约束机制对陶瓷复合靶抗弹性能的影响

为研究三维约束对陶瓷复合靶抗弹丸侵彻性能的影响,设计几种约束状态下的陶瓷复合靶板结构进行模拟 研究.利用LS-DYNA对约束状态下靶体的抗弹性能进行数值分析,得到靶体破坏与弹丸侵蚀特征以及弹靶侵彻过程中的速度、加速度和内能变化曲线.计算结果表明:不同材质的背板约束机制不同,纤维板做背板能够发挥较好的支撑作用;陶瓷面板侧向约束复合靶抗弹丸侵彻能力大大优于非侧向约束陶瓷;纤维板做盖板陶瓷复合靶板有较优的抗弹性能.     

背板对氧化铝陶瓷薄板断裂锥形态的影响

采用弹道侵彻试验与有限元数值模拟相结合的方法,研究了背板条件对氧化铝薄板陶瓷/金属复合装甲在抗12.7 mm穿燃弹过程中形成的陶瓷锥角大小与形态的影响,并分析了陶瓷锥形成的过程与机理.结果表明:背板厚度对于陶瓷锥大小的影响尤为明显,当背板厚度增大时,主裂纹汇聚的交点越靠近弹靶接触面,此时拉剪裂纹的扩展起到了主要作用,当背板厚度与陶瓷厚度之比小于1时,厚度比每增大1/6,陶瓷锥锥角大小增加5%;当界面间波阻抗差值减小即背板材料波阻抗升高时,从界面反射的应力波减弱,从而减小了对陶瓷的损伤,陶瓷断裂锥锥角大小也随之减小.