為了提高靶板防彈性能,提出一種由陶瓷和芳綸纖維復合材料構(gòu)成的防彈結(jié)構(gòu)。對陶瓷及芳綸纖維防彈性能有限元仿真分析的結(jié)果表明:陶瓷的彈孔面積大于纖維,陶瓷內(nèi)部的形狀比較粗糙而纖維則比較平滑,陶瓷吸能主要是通過自身的破碎和斷裂及應(yīng)力波的傳遞實現(xiàn)的,而纖維吸能則主要是通過自身的拉伸和延展將彈丸的動能轉(zhuǎn)換為自身的彈性勢能和斷裂能。此外,基于陶瓷和芳綸纖維的抗侵徹原理,進行了復合靶板的結(jié)構(gòu)設(shè)計,并利用NSGA-II算法對層間材料的厚度進行了優(yōu)化,優(yōu)化后復合靶板子彈的剩余速度降低了185 m/s,靶板的面密度降低了5.4 kg/m²,綜合防彈性能得到了明顯提高,為后續(xù)進行新型輕質(zhì)防彈復合裝甲的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供指導思路。 

【文章來源】：北京化工大學學報(自然科學版). 2020,47(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

子彈侵徹靶板模型

SiC陶瓷和芳綸纖維受到子彈沖擊后的破碎形態(tài)如圖2所示,可以看到,在子彈的沖擊作用下陶瓷產(chǎn)生的碎塊比纖維的大很多,在子彈侵徹過后,陶瓷靶板上形成的彈孔形狀較大,彈孔內(nèi)部的形狀比較粗糙,在靶板的表面處尤其是背面又因沖擊產(chǎn)生了特別明顯的陶瓷錐飛濺。而纖維主要發(fā)生的是剪切破壞,整體的變形較小,內(nèi)部的形狀比較平滑,子彈穿透纖維板材后,沒有明顯的分層和脫層現(xiàn)象,整個靶板仍然是一個整體。2.2 陶瓷抗侵徹性能分析

從圖3(a)中可以看到,在侵徹陶瓷靶板時子彈的速度衰減過程非常明顯,尤其是B至C段,該階段對應(yīng)著子彈與陶瓷靶板接觸的25 μs,子彈的速度從700 m/s降至92 m/s,說明陶瓷靶板會極大地影響子彈對靶板的沖擊作用,從而降低子彈的速度。從陶瓷的破碎形式(圖2(a))可以看出,陶瓷吸收能量以粉碎和斷裂為主,子彈在侵徹的過程中將動能轉(zhuǎn)化為陶瓷的粉碎能。結(jié)合陶瓷材料的動態(tài)力學性能,根據(jù)陶瓷面板的破損情況,將陶瓷的吸能機制分為粉碎吸能和應(yīng)力波吸能。由于陶瓷本身的硬度和抗壓強度都高于子彈材料的屬性,因此在侵徹過程中陶瓷可以通過侵徹、鈍化、破碎彈體的材料以及自身的破碎等方式來吸收彈體的動能,這個過程中彈體和陶瓷破碎所消耗的彈體動能稱為沖擊粉碎能。彈體和靶板的粉碎耗能除了包含沖擊粉碎能還有摩擦粉碎能。當彈體與靶板接觸形成粉碎區(qū)域后,接觸區(qū)的陶瓷由于受到周圍陶瓷的擠壓及束縛作用,導致彈體和陶瓷之間存在巨大的摩擦力,致使陶瓷在接下來的侵徹過程中繼續(xù)破碎,產(chǎn)生摩擦粉碎能,造成粉碎斷裂耗能、摩擦熱耗能、體積膨脹耗能等多種形式的混合耗能機制,即為摩擦粉碎能。

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本文編號：3331395