EFP模拟弹丸侵彻陶瓷复合靶的数值模拟研究

运用LS_DYNA程序中描述陶瓷本构关系的JHC模型和二维轴对称拉格朗日算法,对EFP模拟弹丸侵彻不同厚度99氧化铝陶瓷块/金属复合靶试验进行了数值模拟,获得了侵彻过程中陶瓷的损伤演化和分布以及在A3钢背板中的侵彻深度,与实验结果进行了比对,总的侵彻深度基本相符。数值模拟和试验所得残余侵彻深度与陶瓷厚度之间基本上都呈一种良好的线性关系,因此所得质量防护系数和差分防护系数都随着陶瓷厚度的增加而增加。通过分析侵彻过程中的陶瓷损伤与演化发现:陶瓷块尺寸过小时会由于稀疏波作用使陶瓷抗弹性能下降。     

Al2O3陶瓷复合靶抗长杆弹侵彻性能和机理实验研究

用DOP(depthofpenetration)实验研究了质量分数为 90 %的Al2 O3 陶瓷复合靶抗长杆弹侵彻性能。实验表明 :随陶瓷厚度的增加 ,以差分效益系数和靶平均阻力表征的陶瓷复合靶的抗长杆弹侵彻性能降低 ;盖板能增强陶瓷复合靶抗侵彻性能。对回收陶瓷和盖板的破坏特征分析表明 :长杆弹对陶瓷复合靶侵彻过程大致可分为初期侵彻和稳定侵彻两个阶段 ,但对薄靶和厚靶 ,两个阶段在整个侵彻过程中所占比重不同。     

约束及增韧对氧化铝陶瓷抗射流侵彻性能的影响

基于DOP实验方法开展了2种约束氧化铝陶瓷抗射流侵彻性能系列实验研究,分别获取了AD95陶瓷及10%氧化锆增韧陶瓷抗射流侵彻过程的侵彻深度-时间（P-t）曲线及他们在验证靶上的剩余穿深,并与45钢的抗侵彻数据进行了对比。结果表明:2种陶瓷抗射流侵彻的防护因数均大于1;约束陶瓷抗射流侵彻能力得到了较大提高;增韧陶瓷抗射流侵彻能力优于AD95陶瓷。基于实验结果分析了约束陶瓷抗射流侵彻的机理,提出约束边界反射产生的回爆对射流稳定性的干扰是约束陶瓷抗射流侵彻能力提高的主要原因。     

氧化锆增韧陶瓷抗射流侵彻实验研究

陶瓷靶板因其高强度、低密度特性在装甲防护中得到了广泛的应用,其抗侵彻机理得到了广泛关注。本文基于DOP实验方法开展了氧化锆增韧陶瓷及AD95抗聚能射流侵彻性能系列实验研究,分别获取了AD95陶瓷及10%氧化锆增韧陶瓷抗射流侵彻过程的P-t曲线及其在验证靶上的剩余穿深,并同时与45钢抗侵彻数据进行对比。基于实验结果分析了各自抗不同速度段射流侵彻规律。实验结果表明:两种陶瓷的防护系数均优于45钢;增韧陶瓷抗射流侵彻能力优于AD95陶瓷。     

反应装甲与陶瓷复合装甲集成技术研究探讨

为了得到抗弹性能较好的装甲,将反应装甲与陶瓷复合装甲集成。由长杆弹侵彻复合装甲的理论和撞击反应装甲时的动量定理,得出计算模型。据此模型进行了侵彻深度的数值计算,并证明相同面密度的集成装甲的抗弹性能明显优于陶瓷复合装甲。根据此计算模型对集成装甲进行优化设计,以得到较轻和抗弹性能较好的装甲。     

子弹撞击碳化硼陶瓷复合靶试验与数值模拟研究

碳化硼陶瓷具有高硬度、低密度的特性,在装甲防护领域有广泛的应用前景,碳化硼陶瓷及其复合靶的冲击破坏特性是装甲防护领域近期的焦点问题之一。本文中基于剩余穿深方法,开展了碳化硼及复合靶抗12.7 mm穿甲燃烧弹侵彻的试验研究。建立了碳化硼陶瓷复合靶抗弹数值模拟模型,根据试验研究结果验证数值模拟方法的可靠性。在此基础上,开展了12.7 mm穿甲燃烧弹侵彻碳化硼陶瓷复合靶的数值模拟研究,重点研究了靶板配置、背板厚度及种类对复合靶抗弹性能的影响。结果表明:靶板面密度相同的情况下,随着陶瓷厚度的增大,陶瓷复合靶的抗弹性能提高;陶瓷厚度相同时,陶瓷复合靶抗弹性能提升的效率随其面密度的增大而下降。陶瓷/PE (polyethylene)结构适合抵抗低速弹体的侵彻破坏,陶瓷/铝结构适合抵抗高速弹体的侵彻破坏。     

长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃/侵彻特性

界面击溃/驻留效应可以有效提高装甲陶瓷的抗侵彻能力。为研究长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃及侵彻特性,开展了长杆弹撞击装甲陶瓷实验研究。同时,基于裂纹扩展理论建立了考虑界面击溃/驻留效应的长杆弹侵彻装甲陶瓷计算模型,以定量描述界面击溃/驻留效应对装甲陶瓷抗侵彻性能的影响。不同弹靶条件下的界面击溃/侵彻转变速度、界面驻留时间、侵彻速度与侵彻深度的理论计算值与实验结果具有较好的一致性,表明计算模型可靠。在此基础上,分析了弹体及陶瓷材料对界面击溃/驻留及侵彻过程的影响规律。研究结果表明:随着弹体撞击速度的提高,陶瓷表面由界面击溃向侵彻转变。考虑界面击溃/驻留效应的长杆弹侵彻装甲陶瓷理论模型,可以较好地反映不同弹体撞击速度对应的弹靶作用模式。弹体材料的屈服强度和密度越高,界面驻留时间越短,弹体侵彻靶体的能力越强;陶瓷的屈服强度越高,界面击溃/驻留效应越显著,靶体的抗侵彻能力越强。考虑界面击溃/驻留效应的长杆弹侵彻装甲陶瓷理论模型揭示了部分界面击溃作用机理,可为陶瓷复合靶的设计提供参考。     

装甲钢/UHPC复合靶体抗侵彻性能试验与数值模拟研究

装甲钢/超高性能混凝土（UHPC）复合防护结构在重点工程中抵抗弹体的高速侵彻作用具有广泛的应用前景。为评估该复合结构的抗侵彻性能,对两种复合靶体开展侵彻试验与数值模拟研究。首先,开展了12发30 mm口径30CrMnSiNi2A弹体372~646 m/s速度侵彻复合靶试验。随后通过一系列静动态力学性能试验标定装甲钢材料的本构模型参数,并建立三维有限元模型对上述试验开展数值模拟分析。通过对比试验和数值模拟得到的弹体侵彻深度、残余弹体长度和装甲钢板的失效模式,验证了装甲钢本构模型参数的可靠性。进一步基于弹道效益系数对复合靶抗侵彻性能进行了定量评估。最后,确定了不同装甲钢板厚度复合靶体的临界贯穿速度,并对弹体侵彻复合靶的弹、靶失效模式进行了讨论。     

SiC增强颗粒分布规律对梯度装甲板抗侵彻过程的影响

利用LS-DYNA软件,对SiC颗粒增强铝合金复合材料的增强相体积百分含量沿厚度连续分布的梯度装甲板进行了抗侵彻过程的数值分析。给出了四种SiC体积含量连续分布的梯度板模型抗侵彻过程的数值计算结果,并与钢板材料进行比较。结果表明:改变梯度装甲板增强颗粒的体积含量沿装甲板厚度方向的分布,能极大地提高梯度装甲板的抗弹击性能,大大地降低防护装甲的自身重量。当SiC颗粒平均体积含量一定时,SiC增强颗粒在表面的体积含量越高,抗侵彻性能越好,也就是f0=0.80,参数b＝4时,具有最佳的抗侵彻能力,比同厚度的钢板要好得多。     

氧化锆增韧陶瓷与A95陶瓷抗侵彻性能对比实验研究

使用穿甲弹对两种陶瓷材料,10%氧化锆增韧陶瓷和A95陶瓷,开展了系列弹道实验研究。分析了各自的抗弹防护系数随射弹入射速度的变化规律,并分析了材料强度和韧性对其抗侵彻性能的影响。实验表明:两种陶瓷材料的质量防护系数都明显高于1,但在射弹入射速度为1000.0~1300m/s的范围内,A95陶瓷靶的抗侵彻能力高于增韧陶瓷的抗侵占能力。随着入射速度的提高,增韧陶瓷的抗侵彻能力提高的更快,并在某点出现转折入射速度以上,大约1300m/s,其与A95陶瓷的抗侵彻能力趋于相同,显示了增韧陶瓷在抗高速侵彻方面的适用性。     

Al2O3基陶瓷刀具材料摩擦磨损特性及其有限元分析

以添加TiC、Ti（C，N）和SiCw 3种Al2O3基陶瓷刀具材料作为研究对象，在MRH-3型高速环-块摩擦磨损试验机上研究3种陶瓷刀具材料在相同试验条件下的摩擦磨损性能，通过扫描电子显微镜对陶瓷的磨损表面进行观察，并利用ANSYS有限元软件分析计算磨损时的应力分布．结果表明，Al2O3基陶瓷刀具材料的摩擦磨损特性与其添加剂的种类有关，其抗磨性能由大到小顺序依次为Al2O3／SiCw〉Al2O3／Ti（C，N）〉Al2O3／TiC．Al2O3基陶瓷刀具的摩擦磨损性能与其硬度（H）、弹性模量（E）和断裂韧性（KIC）有关，磨损率W随E／H增加而增大，随KIC增加而减小．Al2O3／TiC陶瓷刀具材料的磨损机理以粘着磨损为主，Al2O3／Ti（C，N）和Al2O3／SiCw陶瓷刀具材料的磨损机理主要为磨粒磨损．     

舰用复合装甲结构的斜破甲机理实验研究

大型舰船的重要部位，为抵御聚能破甲反舰导弹的攻击，其防护采用立体大间隙复合装甲，且复合装甲设置在内舱以避开聚能破甲弹连续时流的攻击，抵御断裂射流的破甲。对舰用立体大间隙装甲结构在聚能破甲弹攻击下的大斜角破甲机理和Ａｌ＿１Ｏ＿３－钢复合装甲抵御断裂射流斜侵彻破甲机理进行了实验研究，得到了有意义的实验结果。     

Al2O3陶瓷材料应变率相关的动态本构关系研究

采用改进的SHPB实验方法对Al2O3陶瓷的动态力学性能进行了研究,得到了材料在较高应变率范围内的动态应力应变曲线。结果表明,Al2O3陶瓷为弹脆性材料,其动态应力应变呈非线性关系,在较高的应变率范围内,陶瓷材料的动态应力应变关系是应变率相关的;材料的初始弹性模量、破坏应力、破坏应变值随应变率的增大而增大。基于损伤力学的基本理论,给出了Al2O3陶瓷的一维损伤型线性弹脆性本构模型。根据SHPB实验结果确定模型中的参数,得到了Al2O3陶瓷应变率相关的损伤型动态本构方程。     

变截面爆炸成型弹丸垂直侵彻装甲钢板靶后破片质量模型

考虑爆炸成型弹丸(explosively-formed projectile,EFP)变截面的特性,基于流体力学Bernoulli方程和绝热剪切理论,改进了EFP垂直侵彻装甲钢板靶后破片质量模型,结合已有的试验数据和数值仿真方法检验了改进后模型的准确性。在此基础上,分析了靶板厚度和EFP着靶速度对靶板和EFP产生的靶后破片质量的影响规律。结果表明:相比于改进前的模型,改进后的模型能够更准确地解释靶板和EFP产生的靶后破片质量随靶板厚度和EFP着靶速度的变化规律;当EFP着靶速度为1 650 m/s时,随着靶板厚度从30 mm增大到70 mm,EFP变截面的特性对靶板和EFP产生靶后破片质量的影响不断增强;当靶板厚度为40 mm时,随着EFP着靶速度从1 650 m/s升高到1 860 m/s,EFP变截面的特性对靶板和EFP产生靶后破片质量的影响不断减弱。     

空爆冲击波与破片群联合作用下聚脲涂覆陶瓷复合装甲结构毁伤特性

基于均质钢板、聚脲涂层材料、SiC陶瓷材料设计了4种聚脲涂覆复合装甲结构,采用装药驱动预制破片试验方法开展了近炸下复合装甲结构毁伤特性实验研究,提出了各组分的毁伤破坏模式,对比分析了4种防护装甲结构的防护性能,探讨了复合装甲结构的防护机理。结果表明:作用于目标结构的破片动能远大于冲击波能,聚脲涂覆复合装甲结构的防护效能明显优于多层均质钢装甲,增加陶瓷厚度较增加背板、前面板厚度对提高整体防护效能更有效,破片撞击将引起陶瓷块大面积损伤,严重影响了其对后续着靶破片的防护性能。     

含污染物油润滑条件下n-Al2O3/Ni复合电刷镀层的摩擦学性能研究

采用电刷镀技术制备了n-Al2O3／Ni复合镀层，在T-11型球一盘式摩擦磨损试验机上对比考察了快速镍镀层及纳米复合刷镀层在含污染物油润滑条件下的摩擦学性能．结果表明，由于纳米颗粒的强化作用，n-Al2O3/Ni复合镀层的硬度及含污染物油润滑条件下的耐磨性比快速镍镀层分别提高了60％和30％，其磨损机理在低载下以磨粒磨损为主，在高载下以粘着磨损为主。     

纳米Al2O3和Fe2O3填充尼龙PA1010的摩擦磨损行为

采用模具挤压成型方法制备了纳米Al2O3和Fe2O3填充PA1010尼龙复合材料，采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了所制备的尼龙复合材料在干摩擦条件下同45#钢对摩时的摩擦磨损行为。研究结果表明，填充纳米Al2O3使得PA1010尼龙复合材料的摩擦系数增大，而填充纳米Fe2O3使得摩擦系数降低；纳米Al203和Fe2O3填充尼龙复合材料的耐磨性能优于尼龙；当纳米填料的质量分数从10％提高到20％时，纳米Fe2O3填充尼龙的磨损量增大，纳米Al2O3填充尼龙的磨损量无明显变化，2种填料填充尼龙复合材料的摩擦系数变化不大．纳米Fe2O3填充尼龙复合材料同45#钢对摩时主要呈现粘着磨损和轻微疲劳磨损特征，而纳米Al2O3填充尼龙复合材料呈现脆性疲劳开裂特征。纳米Fe2O3填充尼龙复合材料在偶件磨损表面形成的转移膜更加均匀和连续，故其减摩抗磨性能优于纳米Fe2O3填充尼龙复合材料。     

钨合金长杆弹侵彻陶瓷层合板的数值模拟

用自编计算程序给出了长杆弹侵彻陶瓷层合板的数值模拟。其中层合板的面板和背板均为装甲钢,中间为3层氧化铝陶瓷。装甲钢和长杆弹材料的本构关系采用Johnson-Cook模型,将Mohr-Coulomb盖帽模型与Bodner-Partom模型相结合来描述氧化铝陶瓷的失效和流动过程。为了提高有限元的计算精度,使用了一致质量矩阵迭代法,破坏网格的处理采用了网格侵蚀法。数值模拟的最终穿深计算结果与实验一致。     

一种新型聚能破甲弹的应用研究

基于能量利用的观点提出一种新型聚能破甲弹装药结构，对其破甲性能进行研究；在进行射流与弹丸的成型过程和破甲机理理论分析基础上，采用静破甲实验对该破甲弹装药结构的关键参数和大、小锥角聚能罩材料之间匹配关系对破甲效果影响进行了系统研究．实验结果表明：在各自最佳炸高条件下，该新型聚能装药结构比EFP装药结构，在保持相当穿孔孔径、同等装药和壳体约束条件下，可以提高穿深达50％左右；进一步深化和丰富了聚能效应内涵．