层合结构复合材料抗弹机理研究及模拟仿真

发布时间：2017-08-22 18:10

  本文关键词：层合结构复合材料抗弹机理研究及模拟仿真

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【摘要】：现代战争对航空装甲提出了极为严苛的要求,不仅要保证装甲的防护性能,还要最大限度的减轻装甲重量。层合装甲是将多种具有优异防护性能的材料进行结构优化配置并通过粘结等连接方式复合而成。本论文设计并制备了一种能抵抗多发弹侵彻的轻质层合结构复合材料,即层合装甲。重点研究了12.7mm穿甲弹侵彻层合装甲的过程和及其损伤机理,并模拟仿真了弹体侵彻过程。本论文主要研究内容为:(1)基于对防弹陶瓷、金属装甲和高性能纤维增强基体复合材料等材料防护性能的理解,选用Al2O3陶瓷、TC4钛合金和超高分子量聚乙烯纤维复合材料(UHMWPE)成功制备了两组Al2O3陶瓷柱面板层/TC4/UHMWPE/TC4层合装甲,其面密度分别为8.75g/cm2和9.575 g/cm2,面密度相比常见金属装甲和陶瓷/金属层合装甲有了极大的减小。(2)根据国军标GJB 59.18-1988,使用12.7mm穿甲弹对层合装甲进行了射击实验。根据各层材料的损伤模式,分析了陶瓷柱的破碎耗能机理、UHMWPE板的抗弹吸能机理和TC4板的绝热剪切冲塞破坏机制,并根据背板层TC4板的破损程度对装甲进行了防护等级评定。(3)采用有限元软件,分别模拟了弹体侵彻一颗陶瓷柱、两颗陶瓷柱和三颗陶瓷的情况,对比实验和模拟发现各层材料毁伤特征基本吻合,模拟表明弹体侵彻不同区域时,装甲防护性能差别不大而且陶瓷柱面板层损伤区域主要集中在弹着点附近,陶瓷柱连接形态成功解决了面板层防护性能一致性问题。
【关键词】：层合装甲 模拟仿真 动力学分析 陶瓷柱 抗弹吸能机理
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TJ410;V259
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外层合装甲研究现状13-22
• 1.2.1 非金属/非金属层合装甲14-15
• 1.2.2 陶瓷/金属层合装甲15-18
• 1.2.3 蜂窝夹芯结构层合装甲18-20
• 1.2.4 陶瓷单元复合面板层合装甲20-22
• 1.3 存在问题22
• 1.4 本课题的研究目的和意义22-23
• 1.5 本文研究的主要内容23-24
• 第二章 层合装甲弹道实验24-42
• 2.1 结构设计24
• 2.2 选材依据24-27
• 2.2.1 陶瓷选材依据24-25
• 2.2.2 金属背板选材依据25-26
• 2.2.3 高性能纤维复合材料选材依据26
• 2.2.4 粘结剂选材依据26-27
• 2.3 制备过程27-29
• 2.4 层合装甲实验表征29-31
• 2.5 实验结果与抗弹机理分析31-41
• 2.5.1 陶瓷柱破坏现象分析及机理研究31-34
• 2.5.2 TC4破坏现象分析及机理研究34-37
• 2.5.3 UHMWPE破坏现象分析及机理研究37-39
• 2.5.4 防护等级评定39-41
• 2.6 本章小结41-42
• 第三章 层合装甲抗弹数值模拟42-71
• 3.1 有限元软件分析流程42-43
• 3.2 材料模型43-48
• 3.2.1 Johnson-Cook模型43-44
• 3.2.2 Enhanced-Composite-Damage模型44-45
• 3.2.3 Johnson-Holmquist-Ceramics模型45-48
• 3.3 前处理48-54
• 3.3.1 自封闭单位制48
• 3.3.2 弹体有限元模型48-49
• 3.3.3 TC4板有限元模型49-50
• 3.3.4 UHMWPE板有限元模型50-52
• 3.3.5 陶瓷柱SPH模型52-54
• 3.4 后处理54-70
• 3.4.1 模型可靠性分析54-57
• 3.4.2 T1组装甲侵彻过程57-63
• 3.4.3 T2组装甲侵彻过程63-64
• 3.4.4 各层材料的耗能情况64
• 3.4.5 陶瓷柱面板层侵彻阶段分析64-66
• 3.4.6 支撑层TC4板侵彻阶段分析66-68
• 3.4.7 UHMWPE板侵彻阶段分析68-70
• 3.5 本章小结70-71
• 第四章 结论和展望71-73
• 4.1 结论71-72
• 4.2 未来工作展望72-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 在学期间发表的学术论文79

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本文编号：720601