破片侵彻戴防弹头盔头部靶标钝击效应数值模拟

作     者：聂伟晓 温垚珂 董方栋 覃彬 罗小豪 童梁成 NIE Weixiao;WEN Yaoke;DONG Fangdong;QIN Bin;LUO Xiaohao;TONG Liangcheng

作者机构：南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 中国兵器工业第208研究所瞬态冲击技术重点实验室北京102202 解放军东部战区空军医院骨科江苏南京210002 

出 版 物：《兵工学报》 (Acta Armamentarii)

年 卷 期：2022年第43卷第9期

页      面：2075-2085页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0826[工学-兵器科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金项目(11872215) 国防基础科研项目(JCKYS201909C001) 军委科技委基础加强计划技术领域基金项目(2020-JCJQ-JJ-403、2019-JCJQ-JJ-373) 

主　　题：防弹头盔 球破片 钝击 脑损伤 3D-DIC 

摘      要：为研究低速破片对于佩戴防弹头盔的人体头部靶标的杀伤效应,基于枪弹侵彻防弹头盔的3D-DIC试验和和头部撞击试验验证复合材料头盔仿真模型和头部有限元模型的准确性,构建6 mm钢球破片侵彻戴防弹头盔人体头部靶标的数值模型,开展破片从正面、侧面和顶部3个方向的侵彻效应数值模拟。研究结果表明:当破片以600 m/s的入靶速度侵彻时,正面、侧面和顶部侵彻弹着点处的瞬态鼓包高度分别为10.2 mm、11.3 mm和11.5 mm,表明有头部支撑头盔的情况下破片侵彻造成的背面鼓包高度接近;正面侵彻过程弹着点底部颅骨应力最大,侧面侵彻颅骨弹着点底部应力最小,破片侵彻造成的颅骨应力均不会超过损伤阈值,表明低速破片侵彻不会造成颅骨损伤;正面、侧面和顶部侵彻造成的颅内压峰值分别为495 kPa、110 kPa和327 kPa,表明在破片侵彻中侧面的防护效果最好,正面和顶部的颅内压峰值可以造成脑损伤。