防弹衣抗小钨球侵彻性能的数值模拟

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-highmolecularweight 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。