近年來輕質(zhì)裝甲的研究成為了熱門,而鋁合金又是在其中研究的較為廣泛的一種。針對(duì)單一鋁合金材質(zhì)的結(jié)構(gòu)的防護(hù)性能的研究已經(jīng)有很多,但是對(duì)于其與其他材料組成的復(fù)合裝甲則研究的較少。復(fù)合裝甲通常選用具有不同力學(xué)特性的材料進(jìn)行組合,以期達(dá)到最優(yōu)抗彈性能。很多相關(guān)的研究都表明,復(fù)合裝甲比單一材質(zhì)的裝甲具有更高的抗彈性能。本文研究聚合物與鋁合金組成的復(fù)合板的抗彈性能,并分析其失效機(jī)理。所選用的聚合物有兩種:PC和PMMA。PC為高延性聚合物,而PMMA為脆性的,它們的密度和強(qiáng)度比較接近,但是失效應(yīng)變相差很大。這兩種力學(xué)性能差異較大的聚合物分別與鋁合金組成的復(fù)合板,研究聚合物力學(xué)性能差異對(duì)復(fù)合板抗彈性能的影響。選用平頭和卵形彈分別進(jìn)行撞擊實(shí)驗(yàn),研究彈體頭部形狀的影響。此外,分別將復(fù)合板中的聚合物置于撞擊面和背面,進(jìn)行相應(yīng)的撞擊實(shí)驗(yàn),研究疊層順序的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于平頭彈,PC置于撞擊面的復(fù)合板彈道極限要大于置于撞擊背面組成的復(fù)合板,這主要是因?yàn)镻C在撞擊面改變了平頭彈彈體的頭部形狀,轉(zhuǎn)變了鋁合金的失效形式。對(duì)于卵形彈,PC置于背面效果要好,因?yàn)榇藭r(shí)PC在前不能改變彈體頭部形狀,而置于后面,卻可以發(fā)揮PC的大變形吸能優(yōu)勢(shì)。對(duì)于脆性的PMMA,其表現(xiàn)較差,置于背面的時(shí)候,由于增加了整體剛度,影響了鋁合金的塑性變形,導(dǎo)致復(fù)合板的抗彈性能略低于沒有聚合物的單層鋁合金的抗彈性能。研究還發(fā)現(xiàn),不同靶板的抗彈性能受彈體頭部形狀影響較大,復(fù)合板抗平頭彈的效果要好于卵形頭彈。研究的后期,采用Abaqus商用有限元軟件,對(duì)一部分的實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值仿真。仿真的步驟和材料模型及參數(shù)都有了比較詳細(xì)的說明。仿真的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的吻合比較好,驗(yàn)證了模型的有效性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TJ04
【部分圖文】：

御水下爆炸的能力[4]，如圖1-1所示。聚脲噴涂在頭盔上，可以有效的降低爆炸沖擊波對(duì)大腦的損傷[5]，如圖1-2所示。聚合物在陶瓷裝甲上也有應(yīng)用，組成聚合物-陶瓷復(fù)合裝甲[6-9]。此外，聚合物是碳纖維等復(fù)合材料層與層直接的粘結(jié)劑，作為基體相，是復(fù)合材料的重要組成部分。

擊波對(duì)大腦的損傷[5]，如圖1-2所示。聚合物在陶瓷裝甲上也有應(yīng)用，組成聚合物-陶瓷復(fù)合裝甲[6-9]。此外，聚合物是碳纖維等復(fù)合材料層與層直接的粘結(jié)劑，作為基體相，是復(fù)合材料的重要組成部分。

圖 1-3 不同布局的靶板的失效形式[1]2017年Mousa等人[12]將聚脲用做芯層材料，和前后兩塊鋁合金板組成三明治板，做了沖壓實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明聚脲做為芯層可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗沖壓能力。數(shù)值模擬：2006 年 Amirkhizi[13]基于經(jīng)典的 WLF（Williams-Landel-Ferry）模型,并結(jié)合熱聲速耗散機(jī)理，提出了一個(gè)聚合物本構(gòu)模型，該模型同時(shí)考慮了溫度、壓力變率效應(yīng)，并且模型在高應(yīng)變率下的 SHPB 實(shí)驗(yàn)和壓剪實(shí)驗(yàn)吻合的很好。jicic[5]根據(jù)Amirkhizi提出的模型，用ABAQUS/Explicit模擬了含聚脲涂層的戰(zhàn)盔遭受爆炸沖擊波載荷的實(shí)驗(yàn)。隨后 Grujicic[14]又根據(jù) Amirkhizi[13]，用AQUS/Explicit 做了 FSP（破片仿真彈）侵徹聚脲/AISI 4340 鋼復(fù)合板的仿真，結(jié)果和 Roland[15]的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，兩者具有一致性。2009 年 A. Tasdemirci[16]使用聚四氟乙烯或者橡膠做芯層，與陶瓷和其他復(fù)合組成復(fù)合板，用 LS-DYNA 做了該復(fù)合板的 SHPB 仿真，研究多層板內(nèi)應(yīng)力傳播特性。橡膠使用不考慮壓縮性質(zhì)的 Ogden 材料模型，聚四氟乙烯采用一沫模型，仿真結(jié)果和 SHPB 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)和仿真都表明，聚四氟乙烯橡膠的存在都可以有效阻礙陶瓷面板上強(qiáng)烈的沖擊波往后板的傳播，有助于

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本文編號(hào)：2813554