由陶瓷和纖維復(fù)合材料制成的裝甲系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于防御穿甲彈的襲擊。而防彈板作為裝甲武器系統(tǒng)的重要組成部件,其抗沖擊能力的強(qiáng)弱關(guān)系到裝甲武器的安全保衛(wèi)能力。本研究旨在探討裝甲系統(tǒng)中纖維層的層間混雜效應(yīng)以及陶瓷層鋪設(shè)位置及厚度對(duì)裝甲板抗沖擊能力的影響。實(shí)驗(yàn)使用54式12.7 mm直徑穿甲彈為沖擊體,將碳化硅陶瓷、碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料和UHMWPE/環(huán)氧復(fù)合材料相結(jié)合,采用顯式有限元軟件ABAQUS/Explicit對(duì)靶板的侵徹行為進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明:纖維層的層間混雜方式對(duì)層合板防彈效果有較大的影響,以最優(yōu)層間混雜結(jié)構(gòu)制成的碳纖維/UHMWPE復(fù)合材料層合板的抗侵徹性能優(yōu)于單一纖維復(fù)合材料制成的層合板;陶瓷層鋪設(shè)位置在兩層纖維層中間的裝甲板結(jié)構(gòu)可取得較理想的吸能效果;總厚為10 mm的裝甲板采用8 mm陶瓷時(shí)防彈性能最強(qiáng),但考慮到制作工藝及成本,2 mm的陶瓷板是最佳選擇。 

【文章來源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(18)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

模型使用的網(wǎng)格劃分;(b)接觸點(diǎn)放大圖;(c)子彈模型

對(duì)不同疊層方式的層合板進(jìn)行沖擊模擬，得到了不同纖維鋪設(shè)方式下子彈動(dòng)能隨時(shí)間的變化曲線，如圖3所示。由圖3可以看出，UCUC結(jié)構(gòu)層合板對(duì)子彈的抗侵徹能力最佳，這與復(fù)合材料的失效模式有關(guān)。其中，碳纖維的主要失效模式為剪切斷裂，UHMWPE纖維的主要失效模式為拉伸斷裂。在子彈與層合板接觸時(shí)，UHMWPE纖維被拉伸，材料的變形量增加，當(dāng)子彈與CFRP層接觸時(shí)，UHMWPE纖維還未斷裂，CFRP和UHMWPE復(fù)合材料可協(xié)同抵抗侵徹。不同防彈面下層合板的吸能情況如圖4所示，除CUUC結(jié)構(gòu)層合板防彈性能優(yōu)于UCCU結(jié)構(gòu)層合板外，在其余四種纖維鋪層方式中，UHMWPE作為外表面的層合板可獲得較好的彈道性能。這是因?yàn)楫?dāng)以CFRP為防彈面時(shí)，子彈與靶板接觸導(dǎo)致碳纖維發(fā)生剪切斷裂失效，然后子彈會(huì)與UHMWPE纖維接觸，CFRP和UHMWPE層合板依次被子彈破壞，兩者協(xié)同效應(yīng)較差，使得層合板防彈性能減弱。因此，以伸長(zhǎng)率高的UHM-WPE纖維復(fù)合材料作為迎彈面，將其與抗壓抗剪的CFRP交替鋪層可發(fā)揮兩者良好的協(xié)同作用，從而改善層合板的抗侵徹性能。圖3 不同纖維疊層順序下子彈動(dòng)能隨時(shí)間的變化曲線

不同纖維疊層順序下子彈動(dòng)能隨時(shí)間的變化曲線

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]層間混雜復(fù)合材料體系設(shè)計(jì)與抗沖擊性能數(shù)值模擬研究[D]. 趙偉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3050683