铝合金—高聚物层状复合靶板抗冲击性能研究

发布时间：2020-11-19 21:08

　　 由于局部冲突和恐怖袭击的客观存在,装甲防护结构设计是近年来兵器科学最活跃的研究领域之一。随着现代战争对坦克、装甲车辆、飞机等机动性、灵活性的提高,研发新型材料或新型装甲结构已经成为装甲防护领域研究的热点。铝合金材料由于具有较高强度、较低密度在轻质装甲设计中得到了广泛应用。高聚物材料具有更低的密度和良好的延性,在个人防护领域已经取得了长足进步,也具备成为轻质装甲材料的潜力。本文对铝合金/高聚物双层靶板抗冲击特性进行研究,为6082-T6铝合金、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯组成的双层防护结构的设计与应用。结合材料试验和文献调研,可以拟合获得6082-T6铝合金的Johnson-Cook模型参量;通过静态力学实验和分离式霍普金森杆试验可以获得LDPE和UHMWPE的C-S模型,并通过Abaqus进行校验,为有限元仿真研究奠定了基础。利用弹道枪系统加载三种头部形状(平头、尖头、半球头)刚性弹丸,对单层和复合层状靶板进行冲击试验。通过高速摄影机获得的试验数据可以得到弹体在不同弹靶条件下的剩余-初始速度曲线以及靶板的弹道极限速度。分析靶板破孔形状、侵彻过程高速摄影图象、塞块特征可以对靶板破坏模式进行较为详细的分析。弹道试验结果表明单层铝合金典型的破坏模式为冲塞破坏,能形成规则圆形破孔和圆柱形塞块。在尖头弹和半球头弹作用下,铝合金背板上出现径向裂纹,该现象并未在平头弹作用下出现。而LDPE和UHMWPE板厚度较小时表现出明显的脆性,破坏模式为冲塞破坏,而在厚度较大时表现出明显的粘弹性特征。在试验速度范围内,复合结构靶板抗冲击特性高于同面密度的单层聚合物靶板,但低于同等面密度的单层铝合金板。选取典型的复合结构靶板进行数值仿真研究,分析靶板能量耗散规律,在弹丸冲击作用下,靶板主要通过铝合金塑性变形耗散能量,聚合物能起到一定的缓冲作用。
【学位单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TJ810.38
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
    1.2 双层复合防护结构的研究现状与分析
        1.2.1 试验研究
        1.2.2 数值模拟研究
        1.2.3 解析方法研究
        1.2.4 研究现状分析与总结
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 6082-T6铝合金、LDPE、UHMWPE本构关系
    2.1 引言
    2.2 本构关系
        2.2.1 基于J-C的本构关系
        2.2.2 基于C-S的本构关系
    2.3 材料力学试验
        2.3.1 6082-T6铝合金力学实验
        2.3.2 6082-T6铝合金材料模型
        2.3.3 LDPE、UHMWPE力学试验
        2.3.4 LDPE、UHMWPE材料模型
    2.4 本章小节
第3章 单层靶抗侵彻特性
    3.1 弹道试验系统与测试方法
    3.2 试验研究
        3.2.1 单层 6082-T6抗侵彻特性分析
        3.2.2 单层LDPE/UHMWPE抗侵彻特性分析
    3.3 本章小结
第4章 双层 6082-T6/UHMWPE、6082-T6/LDPE靶的抗侵彻特性
    4.1 引言
    4.2 不同厚度LDPE板与 6mm6082-T6板复合结构的冲击数据
    4.3 层状复合结构靶板与单层靶板抗冲击性能对比
    4.4 复合结构靶板穿甲有限元仿真
    4.5 本章小结
第5章结论
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢

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本文编号：2890446