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软质防弹衣中减凹陷材料和防弹层结构的研究

广东化工 2024年第8期51卷 14-17页

作者：巩娜娟于天张利上海斯瑞科技有限公司上海200331 上海第二工业大学上海201209

本论文为实现软质防弹衣的轻量化,并减轻子弹冲击对人体造成的非贯穿性损伤,设计了一种新型的减凹陷片和防弹层叠层方式,并通过弹道测试系统进行打靶测试。结果表明:相比单一的减凹陷片材料,采用复合材料加强的减凹陷片,其减凹陷效果更... 详细信息

本论文为实现软质防弹衣的轻量化,并减轻子弹冲击对人体造成的非贯穿性损伤,设计了一种新型的减凹陷片和防弹层叠层方式,并通过弹道测试系统进行打靶测试。结果表明:相比单一的减凹陷片材料,采用复合材料加强的减凹陷片,其减凹陷效果更好,并且,复合材料与减凹陷材料的组合方式影响减凹陷效果;防弹层采用防弹单元面密度阶梯递减的叠层方案,能减小软质防弹衣中防弹层的面密度,实现防弹衣的轻量化,并且,防弹层面密度减小的同时,防弹衣的凹陷值不会增大,大幅度提高了软质防弹衣的防弹性能。

关键词：防弹衣 UHMWPE纤维 UD复合布防弹性能减凹陷材料

基于3D-DIC的UHMWPE软质防弹衣性能测试

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兵器装备工程学报 2023年第7期44卷 77-84页

作者：许倞温垚珂陈爱军董方栋覃彬南京理工大学理学院南京210094 南京理工大学机械工程学院南京210094 瞬态冲击技术重点实验室北京102202

软质防弹衣可有效拦截常规手枪弹和低速破片,是警察等执法人员的主要防护装备。为研究某超高分子量聚乙烯(UHMWPE)软质防弹衣在枪弹冲击下的动态力学响应,使用三维数字图像相关技术(three-dimensional digital image correlation,3D-DIC... 详细信息

软质防弹衣可有效拦截常规手枪弹和低速破片,是警察等执法人员的主要防护装备。为研究某超高分子量聚乙烯(UHMWPE)软质防弹衣在枪弹冲击下的动态力学响应,使用三维数字图像相关技术(three-dimensional digital image correlation,3D-DIC)进行了9 mm手枪弹侵彻软质防弹衣试验。试验获得了软质防弹衣背后鼓包(back face signature,BFS)的变形场、速度场和应变场等数据。结果表明:软质防弹衣在受子弹撞击后1 000μs内BFS高度急剧增加,达到了34.2 mm;随后增长变缓,约在3 000μs时BFS高度达到最大值60.2 mm;BFS形状由最初的四棱锥形变为最后的“金字塔形”;BFS速度在受撞击后200μs内迅速增长,达到最大值约为126.3 m/s,随后缓慢下降并趋向于0;防弹衣背后vonmises应变场分为4个L型区域,应变最大值出现在“L”的拐点处,400μs时防弹衣的最大vonmises应变为0.27。最后,采用改进的Gauss函数对不同时刻的BFS轮廓进行了曲面拟合,为快速估算任意时刻BFS形状提供了一种有效技术手段。

关键词：防弹衣枪弹三维数字图像相关技术 UHMWPE 冲击

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芳纶Ⅲ无纬布在柔性防弹衣中的应用

毛纺科技 2023年第2期51卷 16-22页

作者：张燕孟花王然刘永佳北京普凡防护科技有限公司北京100161

为了研制轻量化、舒适以及人机工效性好的防弹织物,从提升柔性防弹衣的防弹性能入手,通过对2层芳纶Ⅲ无纬布靶板、4层芳纶Ⅲ无纬布靶板、芳纶Ⅲ机织物靶板、2层芳纶Ⅱ无纬布靶板和4层芳纶Ⅱ无纬布靶板5种防弹材料进行弹道冲击试验,从弹... 详细信息

为了研制轻量化、舒适以及人机工效性好的防弹织物,从提升柔性防弹衣的防弹性能入手,通过对2层芳纶Ⅲ无纬布靶板、4层芳纶Ⅲ无纬布靶板、芳纶Ⅲ机织物靶板、2层芳纶Ⅱ无纬布靶板和4层芳纶Ⅱ无纬布靶板5种防弹材料进行弹道冲击试验,从弹道极限V 50值、比吸能值、凹陷深度及弹着点形貌4个方面进行对比分析,在此基础上对4层芳纶Ⅲ无纬布靶板进行结构优化。结果表明:当面密度相近时,4层纤维铺层材料的防弹性能比2层纤维材料的好;4层芳纶Ⅲ无纬布靶板的防弹性能最好;无纬布在受到弹道冲击时应力集中显著,纤维以剪切断裂为主要损伤模式;机织物在受到弹道冲击时,主要以拉伸断裂为主要损伤模式;将芳纶Ⅲ机织物放置于靶板迎弹面一侧、4层芳纶Ⅲ无纬布放置于贴身面一侧的结构有利于提升复合型防弹材料的防弹性能;当芳纶Ⅲ机织物与4层芳纶Ⅲ无纬布的质量比为1∶3时,其防弹性能最好。

关键词：防弹衣芳纶Ⅲ无纬布防弹性能能量吸收抗剪切性能拉伸断裂

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防弹衣铠甲进化论?

中华遗产 2022年第4期 142-151页

作者：曲博文不详

1897年,在美国芝加哥市的一个大广场上,人头攒动。两个人站在广场的中心,其中一人手持左轮手枪,枪口直指对方。围观的人潮中,有芝加哥市的市长、警察局长甚至还有牧师。这是一场情敌之间的决斗?还是警方对犯人的公开处刑?此时,枪声响起... 详细信息

1897年,在美国芝加哥市的一个大广场上,人头攒动。两个人站在广场的中心,其中一人手持左轮手枪,枪口直指对方。围观的人潮中,有芝加哥市的市长、警察局长甚至还有牧师。这是一场情敌之间的决斗?还是警方对犯人的公开处刑?此时,枪声响起,中枪者一个趔趄倒在了地上。当惊骇、叹息之声此起彼伏,甚至胆小者已经扭过头去,不愿再看时,奇迹出现了:中弹倒地的人,爬了起来!

关键词：芝加哥市进化论防弹衣广场

枪弹穿甲后效破片对典型防弹衣侵彻毁伤特性试验研究

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兵工学报 2019年第11期40卷 2378-2384页

作者：闫文敏王光华金永喜王舒许啸田野瞬态冲击技术重点实验室北京102202 中国兵器工业第208研究所北京102202

为研究枪弹穿甲后效破片对有防护人员的杀伤作用效能,采用一种易碎钨合金弹芯材料的穿甲枪弹、10 mm厚均质钢板和典型聚乙烯(PE)复合材料防弹衣,进行穿甲后效试验。分析穿甲后效破片的质量分布和飞散规律,以及两种不同速度弹头穿甲后效... 详细信息

为研究枪弹穿甲后效破片对有防护人员的杀伤作用效能,采用一种易碎钨合金弹芯材料的穿甲枪弹、10 mm厚均质钢板和典型聚乙烯(PE)复合材料防弹衣,进行穿甲后效试验。分析穿甲后效破片的质量分布和飞散规律,以及两种不同速度弹头穿甲后效破片对防弹衣的侵彻毁伤效果。研究结果表明:枪弹穿甲后效破片的质量分布范围较大,后效破片在距离防护钢板1. 4 m处的散布半径为21. 3 cm;枪弹穿甲形成的不规则后效破片对PE防弹衣各纤维层的破坏模式以剪切破坏为主,纤维材料在发生剪切破坏的同时,伴有纤维材料的熔融、灼烧破坏;在后效破片密集作用区,各侵彻孔间的边界相互交叉产生撕裂破坏,形成了相互连通的大破口,且大破口周围产生纤维撕裂扩展,能够加剧破坏程度。

关键词：枪弹穿甲后效破片防弹衣侵彻毁伤特性聚乙烯复合材料

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钨球侵彻防弹衣加红松木复合靶的研究

爆炸与冲击 2021年第6期41卷 81-94页

作者：唐昌州智小琦高峰于永利中北大学机电工程学院山西太原030051 内蒙古北方重工业集团有限公司内蒙古包头014033 吉林江机特种工业有限公司吉林吉林132021

为研究钨球对防弹衣加人体等效靶的侵彻性能,利用12.7 mm弹道枪对钨球侵彻三级软体防弹衣加25 mm厚红松靶开展了实验研究;在此基础上,利用LS-DYNA3D软件对侵彻过程及破坏机理进行了分析,并研究了钨球质量变化对弹道极限及靶板能量吸收... 详细信息

为研究钨球对防弹衣加人体等效靶的侵彻性能,利用12.7 mm弹道枪对钨球侵彻三级软体防弹衣加25 mm厚红松靶开展了实验研究;在此基础上,利用LS-DYNA3D软件对侵彻过程及破坏机理进行了分析,并研究了钨球质量变化对弹道极限及靶板能量吸收的影响;依据量纲分析建立了钨球侵彻防弹衣加红松木复合靶的穿靶能量公式,推导了钨球的弹道极限公式。研究结果表明:0.17、0.21、0.44 g的小钨球侵彻防弹衣加红松木复合靶的弹道极限分别为742.3、692.9、570.1 m/s;侵彻过程中,防弹衣以基体开裂、纤维断裂和拉伸分层破坏为主,纤维层面内出现类似“十”字型的损伤,松木靶以剪切和冲塞剥落破坏为主;随着钨球质量的增加,弹道极限呈幂函数形式降低,靶板的能量吸收率逐渐降低;钨球穿靶能量公式及弹道极限公式的计算结果与实验结果吻合良好,可分别用于计算不同侵彻速度下的穿靶能量和不同质量钨球的弹道极限。

关键词：钨球防弹衣红松靶弹道极限数值模拟量纲分析

基于ABAQUS二次开发的球形破片侵彻UHMWPE软质防弹衣数值模拟

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复合材料学报 2021年第10期38卷 3373-3386页

作者：罗小豪温垚珂闫文敏曹岩枫董方栋南京理工大学机械工程学院南京290014 中国兵器工业第208研究所瞬态冲击技术国防科技重点实验室北京102202

为准确模拟破片侵彻防弹衣的过程,揭示破片与软质防弹衣相互作用机制,本文基于ABAQUS用户子程序VUMAT编写了适用于模拟软质防弹衣材料力学性能的本构模型,建立了球形破片侵彻软质防弹衣的有限元模型,数值模拟结果与实验吻合较好。本构... 详细信息

为准确模拟破片侵彻防弹衣的过程,揭示破片与软质防弹衣相互作用机制,本文基于ABAQUS用户子程序VUMAT编写了适用于模拟软质防弹衣材料力学性能的本构模型,建立了球形破片侵彻软质防弹衣的有限元模型,数值模拟结果与实验吻合较好。本构模型中材料失效模式数据表明,无纬布主要发生纤维拉伸、基体拉伸和压缩失效;在钢球侵彻防弹衣的初期,无纬布上的应力云图一般呈现较规则的圆形或椭圆形,然后再慢慢向四周扩散;钢球侵彻软质防弹衣的过程中伴随有较明显的纤维层间分层失效,未穿透的纤维层中也出现了分层的现象,分层面积从迎弹面到背弹面先减小后增大再减小。

关键词：超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 球形破片 VUMAT 侵彻防弹衣

利用有限元研究非贯穿弹道冲击防弹衣后人体躯干的力学响应

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医用生物力学 2012年第3期27卷 270-275页

作者：董萍陈菁张启宽康建毅刘海张良潮徐诚南京理工大学机械工程学院南京210094 第三军医大学大坪医院野战外科研究所创伤烧伤与复合伤国家重点实验室重庆400042

目的通过建立人体躯干有限元计算模型,对弹头非贯穿性弹道冲击下人体躯干主要脏器的力学响应进行数值模拟。方法利用正常成年男性的CT扫描数据,应用医学图像重建软件Mimics和有限元前处理工具Hy-perMesh进行人体躯干有限元建模,在显式... 详细信息

目的通过建立人体躯干有限元计算模型,对弹头非贯穿性弹道冲击下人体躯干主要脏器的力学响应进行数值模拟。方法利用正常成年男性的CT扫描数据,应用医学图像重建软件Mimics和有限元前处理工具Hy-perMesh进行人体躯干有限元建模,在显式动力有限元分析软件LS-DYNA中对速度为360 m/s的9 mm手枪弹弹头撞击装配有软质防弹衣人体躯干的压力、加速度响应进行数值计算。结果建立了包括胸廓骨骼结构、脏器、纵膈和肌肉/皮肤的人体躯干有限元模型,通过数值计算获得了心脏、肺脏、肝脏、胃的压力响应以及胸骨的加速度响应,发现不同脏器之间或同一脏器的不同位置,离弹头撞击点位置的远近决定了压力峰值的大小和出现压力峰值的时间。结论装配有软质防弹衣的人体躯干有限元计算模型可作为非贯穿弹道冲击下人体力学响应的仿真分析工具,仿真结果可为防弹衣后钝性损伤机制和防护研究提供依据。

关键词：弹道冲击防弹衣人体躯干力学响应有限元分析

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防弹衣抗小钨球侵彻性能的数值模拟

高压物理学报 2021年第3期35卷 109-119页

作者：唐昌州智小琦郝春杰范兴华中北大学机电工程学院山西太原030051 晋西工业集团山西太原030027

为研究防弹衣抗小钨球侵彻的性能,结合试验,利用有限元分析软件LS-DYNA建立了小钨球侵彻防弹衣的数值模型。在此基础上,对侵彻过程进行了数值模拟,分析了防弹衣的破坏机理,并探讨了凯夫拉(Kevlar)与超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecul... 详细信息

为研究防弹衣抗小钨球侵彻的性能,结合试验,利用有限元分析软件LS-DYNA建立了小钨球侵彻防弹衣的数值模型。在此基础上,对侵彻过程进行了数值模拟,分析了防弹衣的破坏机理,并探讨了凯夫拉(Kevlar)与超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)混杂配比对防弹衣抗侵彻性能的影响。研究结果表明:在小钨球侵彻作用下,防弹衣迎弹面主要发生纤维剪切破坏,背弹面主要发生纤维拉伸断裂破坏,并伴随着一定的层间分层破坏。随着着靶速度的提高,纤维的拉伸及分层破坏程度降低;与单一Kevlar制作的防弹衣相比,采用面板Kevlar、背板UHMWPE混杂结构的防弹衣抗侵彻性能更好。当Kevlar/UHMWPE的体积配比分别为1∶1、1∶2和1∶4时,防弹衣的抗侵彻性能分别提高3.7%、5.3%和4.4%,质量分别减少14.1%、18.8%和22.5%。综合考虑防弹衣的抗侵彻性能和重量,采用Kevlar/UHMWPE混杂配比为1∶2的防弹衣结构最佳;在弹道极限附近,采用Kevlar/UHMWPE混杂结构的防弹衣的吸能效果优于单一Kevlar结构,且随着着靶速度的提高,两者的吸能差异逐渐减小。研究结果对防护装备的优化设计具有一定的参考价值。

关键词：防弹衣小钨球抗侵彻性能混杂复合材料