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聚脲涂层-超高分子量聚乙烯复合靶板抗侵彻性能研究

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聚脲涂层-超高分子量聚乙烯复合靶板抗侵彻性能研究

作者：金子奇哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

伴随着现代军事力量的逐渐增强,舰船在海洋战争中受到的威胁也逐渐增多,而防护结构对子弹的侵彻能起到有效阻止作用,对人员以及设备进行保护。随着武器破坏能力的提升以及舰船排水量的要求,防护结构应满足轻质高强的设计需求。在结构防... 详细信息

伴随着现代军事力量的逐渐增强,舰船在海洋战争中受到的威胁也逐渐增多,而防护结构对子弹的侵彻能起到有效阻止作用,对人员以及设备进行保护。随着武器破坏能力的提升以及舰船排水量的要求,防护结构应满足轻质高强的设计需求。在结构防护方面钢材是较传统的材料,其兼具较高的强度和硬度以及较大的密度。聚脲作为一种聚合物弹性体材料,有着良好的耐冲击和耐腐蚀性能,在工程防护中聚脲常以涂层形式涂覆于其他材料之上,以此来提高结构在冲击荷载作用下的动态抗断裂能力和吸能能力。纤维复合材料密度低、比模量大且抗拉伸性能较好,其中超高分子量聚乙烯材料的抗侵彻性能表现尤为突出。综上所述,聚脲、钢、超高分子量聚乙烯组成的复合结构可以很好地满足轻质高强等防护需求。本文利用LS-DYNA软件对设计的五种构型进行仿真计算,在保证面密度一致的情况下,五种构型的复合靶板抗侵彻性能均优于传统钢制靶板,且将聚脲层进行分层铺设于钢板层上下且上层厚度小于下层厚度时的B2构型抗侵彻效果最佳。当把球形弹更换为柱形弹时,通过仿真计算发现,相同质量的球形弹具有比柱形弹更强的侵彻能力,柱形弹侵彻五种构型复合靶板的规律与球形弹基本一致。接着又针对抗侵彻性能表现较好的B2构型做了进一步的分析,对该构型中钢板前后聚脲涂层的最优厚度比例进行研究。通过仿真计算得出前聚脲涂层与后聚脲涂层厚度比为1:2.91时子弹剩余速度较小,靶板抗侵彻性能较好。将子弹速度提高至600m/s-700m/s进行侵彻仿真分析,从剩余速度的结果可以看出各组间的剩余速度几乎没有差别,观察破坏模式也可看出复合靶板抗侵彻性能发挥不充分。说明了当子弹的速度远超弹道极限时改变复合靶板的构型将变得意义不大,靶板弹道性能也有所下降。选取B2-4构型复合靶板并利用ISIGHT进行多目标优化设计,得到了各材料层组成为2.3mm PU、0.6mm S、7.2mm UHMWPE的最优组合,并通过仿真计算进行复核,优化后的结构相比前文中较优的设计构型抗侵彻性能有较大的提升,满足轻质高强的期望。

关键词：复合靶板侵彻聚脲纤维增强复合材料多目标优化

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复合靶板抗侵彻能力数值仿真研究

沈阳理工大学学报 2022年第4期41卷 84-88页

作者：马阳梁振刚王健沈阳理工大学装备工程学院沈阳110159

为研究SiC陶瓷、玻璃纤维和RHA钢材料及厚度配比对三层复合靶板抗侵彻能力的影响,建立杆式穿甲弹侵彻三层复合靶板的数值仿真模型,通过对比弹丸侵彻靶板后的剩余速度,分析不同材料厚度配比复合靶板抗侵彻能力。研究结果表明:当RHA钢背... 详细信息

为研究SiC陶瓷、玻璃纤维和RHA钢材料及厚度配比对三层复合靶板抗侵彻能力的影响,建立杆式穿甲弹侵彻三层复合靶板的数值仿真模型,通过对比弹丸侵彻靶板后的剩余速度,分析不同材料厚度配比复合靶板抗侵彻能力。研究结果表明:当RHA钢背板及复合靶板总厚度一定时,增加陶瓷的相对厚度能有效提高复合靶板的抗侵彻能力;三层厚度比例为1∶5∶4的200mm复合靶板具备良好的抗侵彻能力,同时靶板质量相对较小,可以为复合靶板的结构设计提供参考。

关键词：复合靶板侵彻厚度比例结构设计数值仿真

半球形聚能装药对复合靶板结构的毁伤数值仿真与试验研究

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振动与冲击 2018年第4期37卷 153-159页

作者：刘念念宋丹丹金辉张阿漫哈尔滨工程大学船舶工程学院中国人民解放军91439部队

针对建立的复合靶板结构缩比模型,基于多物质流固耦合算法,采用AUTODYN软件模拟了半球形聚能装药对复合靶板结构的毁伤过程,并与试验数据进行比较,发现结果吻合良好。分析了聚能装药对非耐压壳板及耐压壳板的毁伤特性,并进一步研究了其... 详细信息

针对建立的复合靶板结构缩比模型,基于多物质流固耦合算法,采用AUTODYN软件模拟了半球形聚能装药对复合靶板结构的毁伤过程,并与试验数据进行比较,发现结果吻合良好。分析了聚能装药对非耐压壳板及耐压壳板的毁伤特性,并进一步研究了其对后效靶板的破坏形式,旨在为聚能型水中兵器对双层壳体潜艇结构的毁伤评估以及潜艇的抗冲击设计提供参考。

关键词：聚能装药水下爆炸金属射流复合靶板

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陶瓷金属复合靶板工程模型及耗能分析

工程力学 2008年第9期25卷 229-234页

作者：申志强蒋志刚曾首义国防科技大学指挥军官基础教育学院野战工程系长沙410072

基于实验和数值模拟,将穿甲子弹侵彻陶瓷金属复合靶板的过程分为两个阶段,分别计算弹体侵彻陶瓷面板的动能损失、粘结层及金属背板的耗能,建立了计算弹道极限的工程分析模型,其结果与实验吻合较好。基于所建立的工程模型,分析了复合靶... 详细信息

基于实验和数值模拟,将穿甲子弹侵彻陶瓷金属复合靶板的过程分为两个阶段,分别计算弹体侵彻陶瓷面板的动能损失、粘结层及金属背板的耗能,建立了计算弹道极限的工程分析模型,其结果与实验吻合较好。基于所建立的工程模型,分析了复合靶板各组分对其抗弹性能的影响。结果表明,陶瓷/金属复合靶板的耗能机制主要是背板耗能和弹丸质量损失耗能,分别约占初始动能的60%―95%和5%―40%。

关键词：冲击力学侵彻/贯穿复合靶板分析模型弹道极限耗能分析

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陶瓷/金属复合靶板侵彻问题的数值模拟

华南理工大学学报（自然科学版） 2005年第4期33卷 69-72页

作者：张晓晴姚小虎杨桂通黄小清华南理工大学交通学院广东广州510640 太原理工大学应用力学研究所山西太原030024

利用大型非线性有限元程序LS -DYNA,对陶瓷/金属复合靶板的侵彻问题进行数值模拟,研究了陶瓷面板中锥形破坏区的形成过程.金属背板的弯曲及撕裂过程和弹体的墩粗变形及弹头消蚀过程.给出了背板背面中点和弹体尾部的位置坐标随时间的变... 详细信息

利用大型非线性有限元程序LS -DYNA,对陶瓷/金属复合靶板的侵彻问题进行数值模拟,研究了陶瓷面板中锥形破坏区的形成过程.金属背板的弯曲及撕裂过程和弹体的墩粗变形及弹头消蚀过程.给出了背板背面中点和弹体尾部的位置坐标随时间的变化曲线,并将模拟结果与理论模型分析结果和实验结果进行了对比,发现三者吻合很好.文中还分析了不同陶瓷面板和金属背板厚度比对复合靶板抗弹能力的影响,结果表明,要提高靶板的抗弹能力,一定存在一个最佳的厚度比,这一结论对复合靶板设计具有参考价值.

关键词：平头弹复合靶板侵彻陶瓷锥厚度比数值模拟

弹丸侵彻多层异质复合靶板中装甲钢变形细观和微观机理研究

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兵工学报 2018年第8期39卷 1565-1575页

作者：高华熊超殷军辉陆军工程大学石家庄校区河北石家庄050003

为研究多层异质复合靶板中装甲钢排布位置,对其塑性变形微观机理及受力状态的影响规律,开展了不同结构方式复合靶板抗侵彻试验。基于金属材料学理论,对复合靶板中装甲钢弹孔塑性变形微观机理进行研究,分析了装甲钢弹坑表面硬度分布及组... 详细信息

为研究多层异质复合靶板中装甲钢排布位置,对其塑性变形微观机理及受力状态的影响规律,开展了不同结构方式复合靶板抗侵彻试验。基于金属材料学理论,对复合靶板中装甲钢弹孔塑性变形微观机理进行研究,分析了装甲钢弹坑表面硬度分布及组织演变规律,利用数值模拟研究弹丸侵彻装甲钢过程力学行为与变形机理的内在联系。研究结果表明:波阻抗匹配由高至低,弹丸冲击应力波在层间界面反射形成拉伸波,产生裂纹扩展,降低弹丸侵彻阻力;绝热剪切带内部受温度以及挤压载荷影响,产生高硬度细化马氏体晶粒,抑制塑性变形向内延伸;装甲钢背板强度及刚度越高,对装甲钢塑性变形产生位错运动的阻碍作用越强,有利于提高弹丸开坑阻力。

关键词：复合靶板侵彻塑性变形微观机理

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弹丸垂直侵彻陶瓷/金属复合靶板的简化模型

弹道学报 2001年第2期13卷 13-17页

作者：杜忠华赵国志杨大峰刘国权南京理工大学机械学院南京210094 解放军工程兵三所洛阳471032

根据薄板在冲击载荷作用下的动力响应理论 ,利用能量法建立了陶瓷 /金属复合靶板抵抗小型穿甲弹侵彻的理论分析模型 .在给定的靶板条件下 ,该模型可以模拟在冲击载荷作用下的复合靶板的弹道极限速度 ,并分别对铝板和钢板做背板的复合靶... 详细信息

根据薄板在冲击载荷作用下的动力响应理论 ,利用能量法建立了陶瓷 /金属复合靶板抵抗小型穿甲弹侵彻的理论分析模型 .在给定的靶板条件下 ,该模型可以模拟在冲击载荷作用下的复合靶板的弹道极限速度 ,并分别对铝板和钢板做背板的复合靶板进行了试验验证 ;同时 ,在相同的面密度下 ,比较了不同背板的抗弹效果。

关键词：穿甲弹垂直侵彻陶瓷复合靶板动力响应

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陶瓷复合靶板的抗侵彻模型

高压物理学报 2014年第5期28卷 551-556页

作者：郭婷婷任会兰宁建国北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为了研究陶瓷复合靶的抗侵彻性能,在陶瓷的空腔膨胀理论中,提出了一个表征陶瓷损伤的损伤因子。基于考虑损伤的陶瓷空腔膨胀理论和金属空腔膨胀理论,并忽略靶板侧向边界的影响,根据陶瓷材料和金属材料的特点,按照弹-靶交界面处材料的不... 详细信息

为了研究陶瓷复合靶的抗侵彻性能,在陶瓷的空腔膨胀理论中,提出了一个表征陶瓷损伤的损伤因子。基于考虑损伤的陶瓷空腔膨胀理论和金属空腔膨胀理论,并忽略靶板侧向边界的影响,根据陶瓷材料和金属材料的特点,按照弹-靶交界面处材料的不同应力状态,分4种情况进行了讨论。分别求得了4种分区下的陶瓷靶板的抗侵彻阻力,分析了影响陶瓷靶板抗侵彻阻力的材料性质。结果表明:(1)在陶瓷靶板的材料参数中,陶瓷失效后的压剪系数对靶板阻力的影响较大,而抗拉强度和抗压强度对靶板阻力的影响较小;(2)当陶瓷靶板近似为一个无限大的靶板时,其裂纹区的相对尺寸及空腔膨胀压力是一个常数。

关键词：陶瓷复合靶板侵彻空腔膨胀损伤

多层异质复合靶板抗侵彻性能试验及结构优化设计

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弹道学报 2018年第3期30卷 67-72页

作者：高华熊超殷军辉邓辉咏陆军工程大学石家庄校区火炮工程系河北石家庄050003

针对多层异质复合靶板结构优化设计,对10 mm氧化铝陶瓷/10 mm芳纶板/6 mm 616装甲钢、10 mm氧化铝陶瓷/6 mm 616装甲钢/10 mm芳纶板2种结构抗14.5mm穿甲弹穿深(DOP)的性能进行了试验分析,对同工况下弹丸侵彻复合靶板进行了数值模拟。在... 详细信息

针对多层异质复合靶板结构优化设计,对10 mm氧化铝陶瓷/10 mm芳纶板/6 mm 616装甲钢、10 mm氧化铝陶瓷/6 mm 616装甲钢/10 mm芳纶板2种结构抗14.5mm穿甲弹穿深(DOP)的性能进行了试验分析,对同工况下弹丸侵彻复合靶板进行了数值模拟。在验证数值模型的基础上,结合配方均匀设计方法,建立了相同面密度下复合靶板结构等效质量防护系数回归模型,分析了各层厚度系数对复合靶板防护性能的影响规律,完成了复合靶板结构的优化设计。结果表明,面密度为9.748 g/cm2的复合靶板,最优结构为6.5 mm氧化铝陶瓷板/1.8 mm芳纶/9.1 mm装甲钢,试验验证了优化设计结果的可靠性。

关键词：复合靶板等效质量防护系数数值模拟优化设计