本文關鍵詞：三明治結構背板對陶瓷復合裝甲的抗彈影響與仿真研究

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【摘要】：抗子彈高速侵徹的防護裝甲研究成為近年來現(xiàn)代軍事、國防領域中的熱點課題,然而如何在提高裝甲防護能力的同時,減輕裝備重量提高其機動性能,則成為裝甲防護研究中的一個重要研究的目標。本論文通過12.7 mm穿甲燃燒彈垂直撞擊陶瓷復合裝甲結構的實驗,研究穿燃彈的侵徹過程和裝甲結構的抗彈損傷機理,旨在提高裝甲的防護系數(shù),實現(xiàn)裝甲的輕量化設計。本文創(chuàng)新性的采用硅橡膠固化密排排列的陶瓷柱顆粒方式制備陶瓷柱板,結合三明治復合結構背板制備成新型裝甲材料,通過12.7 mm穿燃彈垂直撞擊實驗揭示了陶瓷柱的抗彈機理和應力波的傳播耗能機制,與陶瓷整板相比,不僅減小了抗彈單元面積,而且可以通過在局部損傷區(qū)域填充新的陶瓷柱實現(xiàn)快速現(xiàn)場修復的效果。依據(jù)GJB/59.18-1988的測試標準,對五組陶瓷復合裝甲結構進行12.7 mm穿燃彈在818 m/s速度下的垂直撞擊實驗,通過對比分析各結構下的裝甲材料破壞結果,Al2O3陶瓷柱層/TC4/UHMWPE/TC4的損傷情況最低,面密度僅為83.0kg/m2,防護系數(shù)高達2.98,實現(xiàn)了有效抵抗彈丸沖擊下的輕質高強效果。另外,本文采用有限元軟件ABAQUS/Explicit構建了裝甲結構的仿真模型,通過對后處理結果的應力云圖、子彈速度變化、各層吸能情況的分析,對比研究了在相同材料和厚度情況下,不同三明治結構背板對裝甲抗彈性能的影響機理;同時對比研究了在相同面密度情況下,防護層(背板第三層)材料對侵徹結果的影響機制。結果表明,TC4/UHMWPE/TC4的三明治結構背板對抗彈性能起到了很好的抵抗作用,中間層UHMWPE對其上下兩層TC4起到了能量平衡及緩沖的作用,并進一步闡述了背板材料中第三層TC4材料對第一層的支撐作用。陶瓷柱顆粒的排列方式?jīng)Q定了彈丸對陶瓷柱沖擊的位置可以分為三種工況,實驗過程中無法準確確定彈丸撞擊的具體位置,仍需借助模擬手段分析。模擬結果表明,在沖擊陶瓷柱階段會發(fā)生整體破碎(工況1)或部分破碎(工況2和3)的情況,然而陶瓷柱部分破碎情況下,接觸了較多數(shù)量的陶瓷柱,仍然可以阻擋818 m/s彈丸的侵徹穿深。換言之,無論彈丸沖擊陶瓷柱板任何位置,裝甲結構均可抵抗818 m/s彈丸的垂直沖擊。
【關鍵詞】：陶瓷復合裝甲 背板三明治結構 抗彈機理 模擬仿真 ABAQUS/Explicit
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V214;V271.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 防護裝甲的研究現(xiàn)狀14-23
• 1.2.1 金屬/非金屬復合裝甲14-15
• 1.2.2 陶瓷/復合材料裝甲15-19
• 1.2.3 抗彈性能評定方法19-20
• 1.2.4 抗彈機理及數(shù)值模型20-23
• 1.3 存在的問題23
• 1.4 本課題的研究目的和意義23-24
• 1.5 本課題研究的主要內容24-25
• 第二章 陶瓷復合裝甲的制備與測試25-35
• 2.1 實驗材料25-29
• 2.1.1 陶瓷材料的選擇25-26
• 2.1.2 背板材料的選擇26-27
• 2.1.3 粘結劑材料的選擇27-29
• 2.2 實驗制備29-31
• 2.3 實驗方案31-32
• 2.4 實驗裝置32-35
• 第三章 陶瓷復合裝甲的抗彈結果與討論35-49
• 3.1 陶瓷柱層的破壞機理研究37-39
• 3.2 幾種結構下的破壞分析39-45
• 3.2.1 TC4/UHMWPE三明治背板對陶瓷復合裝甲的破壞分析40-41
• 3.2.2 TC4/TC4/UHMWPE三明治背板對陶瓷復合裝甲的破壞分析41-42
• 3.2.3 TC4/UHMWPE/TC4三明治背板對陶瓷復合裝甲的破壞分析42-43
• 3.2.4 TC4/UHMWPE/鋁合金三明治背板對陶瓷復合裝甲的破壞分析43-45
• 3.2.5 TC4/UHMWPE/碳纖維三明治背板對陶瓷復合裝甲的破壞分析45
• 3.3 三明治結構的選擇與優(yōu)化45-48
• 3.3.1 背板結構配置對侵徹結果的影響45-47
• 3.3.2 防護層（背板第三層）材料對侵徹結果的影響47-48
• 3.4 本章小結48-49
• 第四章 陶瓷復合裝甲的數(shù)值模擬49-77
• 4.1 有限元計算基本理論49-50
• 4.1.1 有限元算法簡介49
• 4.1.2 ABAQUS/Explicit程序介紹49-50
• 4.2 材料模型的選取50-56
• 4.2.1 金屬材料模型及參數(shù)50-52
• 4.2.2 陶瓷材料模型及參數(shù)52-55
• 4.2.3 纖維材料模型及參數(shù)55-56
• 4.3 幾何模型及前處理56-60
• 4.3.1 幾何模型56-58
• 4.3.2 前處理58-60
• 4.4 仿真結果及分析60-75
• 4.4.1 背板結構配置對侵徹結果的影響61-69
• 4.4.2 防護層（背板第三層）材料對侵徹結果的影響69-71
• 4.4.3 沖擊位置對侵徹結果的影響71-75
• 4.5 本章小結75-77
• 第五章 結論與展望77-79
• 5.1 結論77
• 5.2 展望77-79
• 參考文獻79-84
• 致謝84-85
• 在學期間發(fā)表的學術論文85

【參考文獻】

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本文編號：1108430