陶瓷/纤维复合材料层间混杂结构对装甲板抗侵彻性能的影响

发布时间：2021-02-25 07:58

　　由陶瓷和纤维复合材料制成的装甲系统被广泛应用于防御穿甲弹的袭击。而防弹板作为装甲武器系统的重要组成部件,其抗冲击能力的强弱关系到装甲武器的安全保卫能力。本研究旨在探讨装甲系统中纤维层的层间混杂效应以及陶瓷层铺设位置及厚度对装甲板抗冲击能力的影响。实验使用54式12.7 mm直径穿甲弹为冲击体,将碳化硅陶瓷、碳纤维环氧复合材料和UHMWPE/环氧复合材料相结合,采用显式有限元软件ABAQUS/Explicit对靶板的侵彻行为进行了模拟。结果表明:纤维层的层间混杂方式对层合板防弹效果有较大的影响,以最优层间混杂结构制成的碳纤维/UHMWPE复合材料层合板的抗侵彻性能优于单一纤维复合材料制成的层合板;陶瓷层铺设位置在两层纤维层中间的装甲板结构可取得较理想的吸能效果;总厚为10 mm的装甲板采用8 mm陶瓷时防弹性能最强,但考虑到制作工艺及成本,2 mm的陶瓷板是最佳选择。 

【文章来源】：材料导报. 2020,34(18)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

模型使用的网格划分;(b)接触点放大图;(c)子弹模型

对不同叠层方式的层合板进行冲击模拟，得到了不同纤维铺设方式下子弹动能随时间的变化曲线，如图3所示。由图3可以看出，UCUC结构层合板对子弹的抗侵彻能力最佳，这与复合材料的失效模式有关。其中，碳纤维的主要失效模式为剪切断裂，UHMWPE纤维的主要失效模式为拉伸断裂。在子弹与层合板接触时，UHMWPE纤维被拉伸，材料的变形量增加，当子弹与CFRP层接触时，UHMWPE纤维还未断裂，CFRP和UHMWPE复合材料可协同抵抗侵彻。不同防弹面下层合板的吸能情况如图4所示，除CUUC结构层合板防弹性能优于UCCU结构层合板外，在其余四种纤维铺层方式中，UHMWPE作为外表面的层合板可获得较好的弹道性能。这是因为当以CFRP为防弹面时，子弹与靶板接触导致碳纤维发生剪切断裂失效，然后子弹会与UHMWPE纤维接触，CFRP和UHMWPE层合板依次被子弹破坏，两者协同效应较差，使得层合板防弹性能减弱。因此，以伸长率高的UHM-WPE纤维复合材料作为迎弹面，将其与抗压抗剪的CFRP交替铺层可发挥两者良好的协同作用，从而改善层合板的抗侵彻性能。图3 不同纤维叠层顺序下子弹动能随时间的变化曲线

不同纤维叠层顺序下子弹动能随时间的变化曲线

【参考文献】：
期刊论文
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[3]高性能纤维在防弹复合材料中的应用[J]. 杨坤,朱波,曹伟伟,王永伟,周珊珊.  材料导报. 2015(13)

硕士论文
[1]层间混杂复合材料体系设计与抗冲击性能数值模拟研究[D]. 赵伟.哈尔滨工业大学 2012



本文编号：3050683