聚脲涂層對現(xiàn)代水面艦船裝甲的輕量化防護(hù)研究具有重要理論意義和工程應(yīng)用前景。本文以聚脲材料作為鋼板/箱結(jié)構(gòu)的防護(hù)增強涂層,開展了聚脲涂覆結(jié)構(gòu)抗彈性能與抗爆性能研究,根據(jù)試驗測試結(jié)果,對聚脲涂覆結(jié)構(gòu)的抗彈性能與抗爆性能進(jìn)行了評估,闡述了涂層類型與涂層位置對抗彈抗爆性能的影響規(guī)律以及防護(hù)機(jī)制。主要工作與結(jié)論概括如下:（1）為滿足艦船裝甲防護(hù)結(jié)構(gòu)兼顧抗彈抗爆防護(hù)需求,提出了多種載荷類型條件下聚脲涂覆結(jié)構(gòu)抗彈抗爆性能研究的試驗方法,包括聚脲涂覆鋼板結(jié)構(gòu)抗低速彈體侵徹試驗、抗高速彈體侵徹試驗,聚脲涂覆鋼板結(jié)構(gòu)空爆載荷試驗以及聚脲涂覆箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)爆載荷試驗。試驗結(jié)果表明,在已定載荷形式與材料類型情況下可確定最佳涂層位置,以應(yīng)變率為主導(dǎo)因素的抗彈防護(hù)中迎彈面涂層增強效果高于背彈面涂層,而以波阻抗為主導(dǎo)因素的抗爆防護(hù)中背爆面涂層增強效果高于迎爆面涂層。（2）以等重防護(hù)增強與增重防護(hù)增強為涂層應(yīng)用條件,設(shè)計了聚脲涂層與鋼質(zhì)底材組成的多種類型復(fù)合結(jié)構(gòu),以無涂覆底材為基準(zhǔn),分別對應(yīng)相等面密度與相等厚度底材的聚脲涂覆結(jié)構(gòu)。采用低硬度、高伸長率的軟質(zhì)聚脲為防護(hù)涂層,相等厚度底材條件下,軟質(zhì)涂層能夠提高涂覆結(jié)構(gòu)抗彈性... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

56mm、12.7mm槍彈與靶板典型破壞情況[6-8]

中北大學(xué)學(xué)位論文4上述研究內(nèi)容具體如下：采用12.7mm直徑的破片模擬彈丸高速加載并獲得無涂層鋼板和迎彈面涂層鋼板結(jié)構(gòu)的彈道極限，撞擊速度范圍為800–2000m/s，鋼板厚度包括5.1mm、6.4mm與12.7mm三種，涂層厚度范圍為6–19mm。通過采用聚脲等多種聚合物材料作為迎彈面涂層，證明了玻璃化轉(zhuǎn)變效應(yīng)下聚脲涂層的高效吸能作用，通過不同金屬材料和表面處理方法形成多種強度與硬度的對比底材，證明了底材表面硬度對涂層形成有效支撐的重要性，通過測量鋼板穿孔尺寸差異與有限涂層面積的方法，證明了涂層的橫向擴(kuò)散效應(yīng)同樣能夠提高結(jié)構(gòu)抗彈性能，以及聚脲材料納米增強與薄片化增強等等，如圖1-2所示。研究涉及的測試與分析方法以及所得試驗結(jié)論對聚脲涂層的抗彈防護(hù)研究與工程應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。針對美國海軍研究中心與海軍水面作戰(zhàn)中心研究中得到的聚脲玻璃化轉(zhuǎn)變效應(yīng)的抗彈防護(hù)機(jī)制，美國克萊姆森大學(xué)M.Grujicic等[14]對其形成過程與形成條件進(jìn)行了數(shù)值仿真研究。研究結(jié)果表明：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與實驗溫度的差異對聚脲力學(xué)響應(yīng)影響顯著，當(dāng)兩者相差較大時聚脲表現(xiàn)出橡膠態(tài)行為，而當(dāng)兩者相近時聚脲表現(xiàn)出玻璃態(tài)行為。圖1-2DIC技術(shù)下無涂層、迎彈面涂層與增強涂層鋼板的受載情況[12]1.2.1.3聚脲涂層抗其他類型彈體防護(hù)研究現(xiàn)狀除槍彈、破片模擬彈丸等常規(guī)性抗彈性能測試用彈體，對于侵徹型戰(zhàn)斗部或飛板撞擊等特定防護(hù)用途的研究也采用對應(yīng)的剛性彈體進(jìn)行模擬加載，通常具有尺寸大、質(zhì)量大、速度低等特點，相比槍彈與破片對防護(hù)裝甲形成的貫穿性破壞，該類彈體撞

中北大學(xué)學(xué)位論文5擊下裝甲板會產(chǎn)生有大范圍的塑形變形失效。美國西北大學(xué)L.Xue等[15-16]通過145g尖頭和平頭兩種彈體在多種速度范圍條件下分別加載由11.18mm厚聚脲涂層與4.76mm厚DH-36鋼板組成的背彈面涂層和夾心涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)，如圖1-3所示，研究得到了鋼板層與聚脲層的能量吸收與失效模式差異，并以此分析與說明其抗彈機(jī)制。主要結(jié)論為：背彈面涂層對能量的損耗主要通過其拉伸變形，且在鋼板被完全侵徹時才會產(chǎn)生，尖頭彈體撞擊時涂層能夠延緩鋼板失效；彈體撞擊速度大于彈道極限時，平頭彈體撞擊下聚脲涂層的能耗百分比更高，但尖頭彈體撞擊下背彈面涂層對結(jié)構(gòu)彈道極限提升幅度較高，主要原因為鋼板能耗增加；相比背彈面涂層，聚脲涂層作為夾層并不能明顯提高結(jié)構(gòu)彈道極限。圖1-3145g尖頭和平頭彈體撞擊無涂層鋼板與背彈面涂層鋼板情況[15]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Investigating the dynamic mechanical behaviors of polyurea through experimentation and modeling[J]. Hao Wang,Ximin Deng,Haijun Wu,Aiguo Pi,Jinzhu Li,Fenglei Huang.  Defence Technology. 2019(06)
[2]高硬度聚脲涂覆FRC復(fù)合結(jié)構(gòu)抗沖擊性能試驗分析[J]. 趙鵬鐸,賈子健,王志軍,張磊,徐豫新,張鵬.  中國艦船研究. 2019(04)
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[4]高硬度聚脲涂層抗侵性能與斷裂機(jī)制研究[J]. 張鵬,趙鵬鐸,王志軍,張磊,任杰,徐豫新.  爆炸與沖擊. 2019(01)
[5]聚脲涂覆鋼板結(jié)構(gòu)抗爆性能試驗研究[J]. 趙鵬鐸,張鵬,張磊,王志軍,王琪,徐豫新.  北京理工大學(xué)學(xué)報. 2018(02)
[6]超高強度平頭圓柱形彈體對低碳合金鋼板的高速撞擊實驗[J]. 任杰,徐豫新,王樹山.  爆炸與沖擊. 2017(04)

碩士論文
[1]強動載荷下聚脲涂覆鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)防護(hù)效應(yīng)研究[D]. 賈子健.中北大學(xué) 2019
[2]聚脲涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)抗破片侵徹機(jī)理研究[D]. 黃陽洋.中北大學(xué) 2018
[3]聚脲彈性體噴涂加固復(fù)合結(jié)構(gòu)抗爆性能研究[D]. 戴平仁.南京理工大學(xué) 2018
[4]聚脲金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)抗沖擊防護(hù)性能研究[D]. 朱學(xué)亮.北京理工大學(xué) 2016
[5]聚脲彈性體夾層防爆罐抗爆性能研究[D]. 宋彬.南京理工大學(xué) 2016
[6]彈性體涂覆鋼筋混凝土板抗爆作用設(shè)計方法研究[D]. 蔡桂杰.中北大學(xué) 2015
[7]聚脲彈性體復(fù)合結(jié)構(gòu)抗沖擊防護(hù)性能研究[D]. 許帥.北京理工大學(xué) 2015
[8]玻璃纖維/聚脲復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能研究[D]. 吳沖.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號：3256189