枪弹对带防弹头盔的人体模拟靶标钝击效应研究

作     者：崔广宇 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：温垚珂;王舒

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 082603[工学-火炮、自动武器与弹药工程] 0826[工学-兵器科学与技术] 

主      题：钝击伤 防弹头盔 三维数字图像相关技术 终点试验 数值计算 

摘      要：随着新型防弹材料的出现,防弹头盔大大提高了士兵战场生存的概率。但因人体头部承载能力的限制,防弹头盔的防弹能力无法达到高等级防弹衣所具有的防弹能力,只能达到防护破片和手枪弹的等级,受打击后产生的瞬态鼓包极易造成人体头部损伤。为探究手枪弹对头部造成的损伤,采用以试验和数值模拟相结合的方法,重点研究了手枪弹对有防护的人体头部模拟靶标钝击伤过程中的各种物理效应,为手枪弹钝击伤效应的研究提供了重要参考,并形成了一套较为完整的头盔钝击伤效应的测试方法。主要工作和研究成果如下:首先提出了一套适用于子弹侵彻头盔过程的试验方法,即使用3D-DIC技术对头盔变形的过程进行采集,使用头部模拟靶标内部传感器对其压力和加速度变化进行测量。这种试验方法可以解决侵彻过程变化快,头盔几何形状特殊难测量的难题。采用上述测试方法,对手枪弹侵彻戴有防弹头盔的头部模拟靶标的过程进行研究,得到了钝击过程的各项物理结果。研究发现,子弹的侵彻导致头盔内部和外部的变形存在着差异。针对这种差异,进一步做了基于3D-DIC的头盔内部鼓包测试。其次,依据试验过程,采用数值模拟计算的方法,对钝击过程进行了仿真。结合试验研究与数值仿真,可以更直观地了解头部模拟靶标的力学响应、头部的损伤程度和能量传递的过程。最后以试验数据和现有的评估方法相结合,对子弹侵彻头盔过程中,头部的损伤程度进行评估,为提升轻武器的杀伤效能和指导头盔设计提供了思路。