UHMWPE背板铺层角度对陶瓷复合靶板抗弹性的影响

由于背板强度对陶瓷/纤维复合装甲的抗弹性能存在明显影响,采用12.7 mm穿燃弹(刚脆性)冲击实验研究了不同UHMWPE背板铺层角度对陶瓷/纤维复合装甲弹道冲击性能的影响.通过观测回收的弹芯、靶体陶瓷及纤维背板宏观破坏特征,分析了陶瓷/纤维复合装甲的耗能机理及抗弹性能.试验结果表明,陶瓷锥是陶瓷面板的主要破坏模式,其宏观裂纹主要有:径向、环向及与锥形裂纹;纤维背板变形模式为动态锥形鼓包及边界褶皱,其破坏失效模式有:剪切失效及层间剥离.并且,背板强度对陶瓷/纤维复合靶板的抗弹性能有明显影响,随着UHMWPE背板铺层角度的减小,背板强度以及陶瓷/纤维靶板整体结构刚度随之增大,靶板对弹芯的破碎作用越明显,冲击后剩余弹芯最大碎片质量减小,小碎块数量增多,弹丸碎块穿透靶板后剩余侵彻能力减弱,复合靶板整体抗弹性能增加,同时背板鼓包高度减小,锥形鼓包所形成的角度增大,纤维层合板的破坏失效模式从剪切失效向层间剥离转变.      

不同速度下B4C陶瓷/铝合金轻型复合靶板抗侵彻行为研究

陶瓷复合装甲由于其本身高硬度、低密度的特点被广泛应用于高机动性武装载体上,其主要威胁弹体为12.7 mm穿甲燃烧弹。该弹种在侵彻陶瓷轻型复合靶板时弹芯会发生脆性破碎失效行为,弹丸着靶速度的不同会导致弹芯破碎程度的变化,从而直接影响侵彻结果。利用12.7 mm穿燃弹以区间速度498.9～769.2 m/s撞击B₄C/铝合金轻型复合靶板的试验,对靶板与弹芯的损伤模式与侵彻行为进行多尺度分析,并利用LS-DYNA软件进行相应数值模拟。研究结果表明：6061-T6铝合金背板主要失效形式为花瓣形撕裂穿孔并伴随永久性隆起形变,试验得到的弹芯碎片的平均特征尺寸随着侵彻速度的增大而减小,证明在高速侵彻过程中弹芯损伤更为严重;弹芯头部的应力远大于其他位置的应力,弹体从头至尾部方向峰值逐渐降低;对弹芯造成损伤的主要为陶瓷抗弹面板,主要损伤位置为陶瓷粉碎区;背板在侵彻过程中主要对陶瓷起支撑与缓速作用,对弹体的体积与形变无明显影响;陶瓷/铝合金复合装甲的能量吸收能力随着侵彻速度的增大而提高。     

陶瓷/金属复合装甲抗弹约束效应述评

通过对陶瓷/金属复合装甲及其陶瓷约束的介绍,综述了陶瓷复合装甲的抗弹性能表征和3种陶瓷约束(轴向、侧向和三维约束)对抗弹性能及机理的影响.作者认为,采用金属铸造工艺制备金属封装陶瓷复合装甲具有潜在的应用前景,同时应加强对新型陶瓷复合装甲的综合抗弹性能表征、动力学特性、结构优化设计等方面的研究.     

红柱石加入量对氧化铝陶瓷性能的影响

为提高氧化铝陶瓷的力学性能和抗热震性,进行陶瓷型芯前期研究,在其中掺入不同量的红柱石粉,研究其体积密度、烧成收缩率、抗折强度和抗热震性及微观结构的变化情况.结果显示:1)红柱石加入质量分数为0～30％时,可有效促进烧结并形成莫来石网络,提高氧化铝陶瓷的抗折强度.2)红柱石的加入可以调整热膨胀适配、提高导热率、提高强度和形成稳定的莫来石网络,从而提高氧化铝陶瓷的抗热震性.3)红柱石加入质量分数为25％时,试样具有较好的力学性能和抗热震性.     

多孔氧化铝陶瓷气孔率对强度的影响

加入不同量的碳粉作造孔剂,挤压成型、烧结,获得气孔率20％～55％的多孔氧化铝陶瓷。研究了气孔率及烧结程度对强度的影响。对试样的强度与气孔率按不同方程拟合.结果表明:当烧结程度较低时,强度(σ)与气孔率(ρ)的关系对经验方程σ=σ_0(1-ρ)~m的拟合结果最好;当烧结程度较高时,强度与气孔率的关系更符合经验方程σ=σ_0exp(-bρ)。经验常数m,b,σ_0与烧结程度有关。随着烧结程度的提高,这些值下降。     

气氛烧结对95氧化铝陶瓷机械性能的影响

在添加少量ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３和Ｆｅ２Ｏ３对９５氧化铝陶瓷性性的基础上,着重研究了不同的合成温度,烧结气氛和烧结温度对陶瓷机械性能和显微结构的影响,并对其机理进行了初步的探讨,研究表明氢气氛中１３５０℃２ｈ烧成的样品的体积密度达３．９５ｇ／ｃｍ＾３,表面洛氏硬度为９２（ＨＲ１５Ｎ）,抗折强度大于２００ＭＰａ,表面光洁度为△１１,能满足柱塞的使用要求。     

烧结工艺对透明氧化铝陶瓷性能的影响

以Isobam600AF为分散剂,Isobam104为胶黏剂,采用注凝成型工艺和真空无压烧结技术,通过改进两步烧结法制备了透明氧化铝陶瓷,探究了不同烧结温度和保温时间对氧化铝陶瓷晶粒尺寸、致密度、光学性能和力学性能的影响.结果表明:该烧结工艺可有效控制晶粒尺寸长大和提高相对密度,进而提高其光学性能和力学性能.在烧结过程中,当温度升高到一定范围时,致密化过程开始,且致密化速率随着温度的升高和保温时间的延长先增加后降低,在两步烧结1 400 ℃保温3 h时致密化速率达到最快.因此,坯体的致密化过程是非线性的,且具有一个最高致密化速率温度和保温时间点.     

纳米氧化铝对金属基陶瓷涂层性能的影响

在金属基陶瓷涂层的制备过程中,添加了适量的纳米氧化铝,使涂层的综合性能得到了改善。对涂层的表面形貌、界面结合情况和摩擦磨损性能进行了研究和分析。实验结果表明:添加了纳米氧化铝的涂层试样表面更加光滑平整,涂层与基体结合更加紧密,当纳米氧化铝的最佳添加量为陶瓷骨料总质量的2%时,制备出来的陶瓷涂层综合性能达到最佳。     

Nb2O5对氧化铝陶瓷烧结性能和显微结构的影响

以Nb2O5为烧结助剂,通过无压烧结制备氧化铝陶瓷.研究了Nb2O5对氧化铝陶瓷的致密化和显微结构的影响.结果表明,少量的Nb2O5对氧化铝陶瓷的致密化具有明显的促进作用,当Nb2O5的添加量为1%时,可使氧化铝陶瓷在1 500℃获得致密.显微结构上,Nb2O5对氧化铝的晶粒生长也具有显著的促进作用.Nb2O5对致密化和晶粒生长的促进作用主要是通过它在氧化铝晶粒中的固溶来实现的.力学性能测试表明:加入Nb2O5后能够在不影响力学性能的前提下降低烧结温度.     

约束机制对陶瓷复合靶抗弹性能的影响

为研究三维约束对陶瓷复合靶抗弹丸侵彻性能的影响,设计几种约束状态下的陶瓷复合靶板结构进行模拟 研究.利用LS-DYNA对约束状态下靶体的抗弹性能进行数值分析,得到靶体破坏与弹丸侵蚀特征以及弹靶侵彻过程中的速度、加速度和内能变化曲线.计算结果表明:不同材质的背板约束机制不同,纤维板做背板能够发挥较好的支撑作用;陶瓷面板侧向约束复合靶抗弹丸侵彻能力大大优于非侧向约束陶瓷;纤维板做盖板陶瓷复合靶板有较优的抗弹性能.     

多层陶瓷复合轻装甲结构的抗弹性分析

该文基于应力波在分界面的反向和透射理论，综合考虑靶板的整体变形，提出了一种多层陶瓷复合轻装甲结构方案；利用薄板的冲击动力响应模型，对该类靶板的抗弹性进行了理论分析，其结果和试验结果具有较好的一致性。     

夹层对陶瓷/装甲钢复合结构应力波传播及抗弹性能影响

选取陶瓷/装甲钢复合结构为研究对象,开展霍普金森压杆试验(SHPB),研究夹层材料对复合结构应力波传播与能量耗散的影响;采用12.7 mm穿甲燃烧弹对不同夹层复合结构进行靶试验证,开展夹层材料对复合结构抗弹性能的研究. 结果表明:在陶瓷/装甲钢复合结构中引入合适的夹层材料作为过渡层,对应力波衰减起到一定改善作用;能显著提高复合结构的抗弹性能.     

圆筒型陶瓷-钛合金-芳纶三单元层复合靶板结构抗弹性能数值模拟及其内在机理

针对53式7.62 mm口径穿甲燃烧弹对圆筒型陶瓷-钛合金-芳纶三单元层复合靶板结构的侵彻过程,本文开展了抗弹性能数值模拟研究.模拟结果表明,弹体垂直入射将造成陶瓷块开裂破碎,最终撞击在钛合金单元层上形成凹坑,复合靶板穿深与试验所测结果吻合良好,相对误差仅为9.4%;陶瓷、钛合金、芳纶三个单元层消耗的能量所占百分比分别为83.77%,13.77%,2.46%.在此基础上,通过设置0°～70°系列不同初始时刻入射姿态角θ₀,发现弹体侵彻过程中陶瓷单元层耗散的能量占复合靶板耗散总能的比值始终最大.进一步分析陶瓷单元层可知,随着θ₀的增大,陶瓷单元层受力峰值总体呈减小的趋势.且入射姿态角不同,弹靶作用模式也存在差异.对陶瓷单元层进行耗能分析,可知其与质量损失变化大体一致.但初始时刻入射姿态角为30°时,由于弹靶作用过程以弹身接触靶板为主,靶板质量损伤大但能量获取相对较少.     

约束应力对AD95陶瓷弹击损伤特征的影响

采用53式7.62 mm穿燃弹侵彻不同约束应力下AD95陶瓷复合靶,观察了回收靶板的弹击损伤形貌,分析了弹靶作用过程和约束应力对AD95陶瓷弹击损伤特征的影响规律.结果表明,随着约束应力的增大,陶瓷面板损伤减小,完整性提高;当约束应力达到193 MPa时弹靶之间出现界面击溃现象.约束应力条件下弹击后4 mm厚陶瓷面板上存在两种同轴锥形裂纹,所构成的两个锥形体之间是陶瓷粉碎区;约束应力提高了陶瓷动态强度,抑制了陶瓷粉碎区的生长,延长了弹靶作用中dwell的持续时间,快速消耗了弹丸动能,减小了靶板损伤.