杆式弹垂直侵彻陶瓷复合装甲机理

收稿 日期：０ １０ — ９ ２ １— ６ ０ 作者 简介： 永锵（ ８ 一 ， 山西太原人 ， 弓 １ ３ ） 男， ９ 在读硕士研 究生， 究方向 ： 研 安全预 测。
・
２１ ・
第 ５ （ 第 １３ ） 期 总 ２期
机 械 管 理 开 发
２ １年 ｌ ０ １ Ｏ月
３ 试验验 证
根 据上 述 假设 ， 杆式 弹 垂直 穿 透 陶瓷 复 合装 甲 的 能 量损 耗 可 分三 部分 ：） 彻 陶瓷 的 能量 损失 ；） １侵 ２ 侵 彻 玻璃 钢 能 量损 失 ； ） 彻 均 质装 甲钢 板 能 量损 失 。 ３侵 根 据能 量 守恒 原理 ， 可对 陶瓷多 层 复合 靶 板 的抗 弹性 能进 行分 析１ ２ １ 。 当长 杆 弹垂 直 侵彻 陶 瓷／ 属板 双 层 复合 靶 板 ｆ 金 金 属板 为半 无限）陶瓷 完全 穿透 ， 板 无损情 况 下 ， 弹 ， 背 其
模 型 Ｉ ． 道学 报 ，９ ９ １（： １． Ｊ弹 Ｊ １９ ，１１ 一 ０ ） ｌ
［］ 凌建明． ６ 压缩载荷下 岩石细观损伤特征 的研究 【． Ｊ 同济大学 ］
学 报 ，９３ ２ （） １— ２ ． １９ ， １ ： ９ ２ ５ ２２
Ｍｅ ｈ ｎｃ ｓａ ｃ ｎＰ ｎ ｔａｉｎｏ ｄＰ ｏｅｔ ｅ ｃ ａ ｉｓ ｅ ｒ ｈｏБайду номын сангаас ｅ ｅｒ ｔ ｆ Ｒｅ ｏ Ｒｏ ｒｊｃｉ ｓ ｏ ｌ ｔ
Ｔ ，
Ｊ＂ ｙ 十ｒ ， ｙ十ｇ ｆｒ ｓ．Ｄ ｈＯ； —ｊ — ２ｄ ｒ — 一 Ｔｓ ＂ ￣ｓ ｔ ｒ ７ Ｄ
‘
１ 弹 丸 ；一 板 ；－ 捎 层 （ 瓷 ） 一 ２面 ３阻 陶 ；
４ 缓冲层 （ 一 玻璃纤维 ）５ 背板（ ；－ 钢板 ）
图 １ 陶瓷复合装 甲的结构
川 包亦望 ， １ 郑元善． 预应力 陶瓷及其 抗冲击与穿 甲性 能【． Ｊ材 】
料 导 报 ，０ ０１） — ． ２ ０ （４：１ １２ １０ １
［】 经福谦 ． ２ 实验物态方程导引［ 】 Ｍ． 北京 ： 科学出版社 ，９ ６ １８ ． 【］ 李大红 ， ３ 王悟 ． 陶瓷物态方程的实验研究ｆ ． Ｊ 高压物理学报 ， 】
表 达 式 、 彻 速度 、 侵 弹杆 速 度 的 微分 方 程 建立 了陶瓷 ， 玻璃 钢／ 钢板 复合 多层 靶板 侵彻 深度 分析 模 型 ， 两组 分 试验 对侵 彻深 度 ， 同长 径 比的侵彻效 果进 行 了验证 ， 不 计 算 结 果 与试 验 结 果 的一 致 性较 好 。３ 基 于 能量 守 ） 恒 原理 ， 行 一定 假 设 ， 虑侵 彻过 程 中 的主要 因素 ， 进 考 建立 了杆 式弹 垂直 穿透有 限厚 陶瓷 多层 复合 装 甲的极 限速度 简化模 型 ， 出 了预测靶 板抗 弹性能 。表 达式 ， 给 通过 了试验验证， 并用该公式和给定的约束条件 ， 对陶 瓷 复合 装 甲的优 化设 计进 行 了研 究 ， 析 了多 层靶 板 分 的优化 设计 问题 ， 讨论 了各层 厚 度变 化 对靶 板 抗 弹性 的影 响 ， 陶瓷 复合 多层 靶板 抗 弹性 设 计提 供 有价 值 为 的参 考数 据 。
设 ：） １ 由于 面板 和其 它层 相 比厚度 很 小 ， 以 ， 略面 所 忽 板 的影 响 ；） 略 弹一 相 互 作 用 的摩 擦力 和一 切 热 ２忽 靶 现象 ；） ３ 玻璃 钢 材 料 假设 为各 向 同性 材 料 ， 取其 抗 压 强 度为屈 服 极 限 ， 杆材料 为 刚一 弹 塑性 ； ） ４ 不考 虑层 问
第５ 总第 １３ ） 期（ ２期
Ｎ ．（ ＵＭ ．２ ） ｏ５ Ｓ Ｎｏ１ ３
机 械 管 理 开 发
ＭＥＣ ＨＡＮＩ ＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥ ＡＮＤ ＤＥ Ｃ ＮＴ ＶＥＬ ＭＥ ＯＰ ＮＴ
２１年ｌ ０ １ Ｏ月
０ｅ ．０１ ｔ ２ ｌ
杆 式弹垂直侵彻陶瓷复合装 甲机理
应 力波传 播影 响 。
４
量损耗为 Ｅ ＝０５（ ３ ． 州 ； ） ． 式 中 ： 钢 板 的厚 度 ；Ｔ 为 钢 板 的 动态 屈 服 应力 ； ｈ为 ｔ ｓ ｄ Ｄ 为靶 板 的成坑 直径 ， Ｄ≈１ 。 取 ．ｄ １ ８ ４ １ 利用 能量 守恒 关 系 ： ０ ． 品一 ＋Ｅ ＋Ｅ ． １ ｚ ３ 可得 弹丸 的弹道 极 限速 度为 ：
式 中 ：＇ 垂 直 于板 面方 向上压 缩应 力 极值 ， Ｏｓ ｙ 冲击 压缩
失效 的吸 收能量 为 ：
Ｅ２ ０ ５ ｒ Ｂ ＝ ．７ Ｄ ．
式 中： ， ｈ 为玻 璃纤 维 板 的厚 度 ； Ｄ 为靶 板 成坑 直 径 ； 它 的取 值 为 Ｄ ．～１８ 。 ； ５ ． ＝１ 对 于后 置 钢 板 ， 被 穿透 所 需 的 能量 剪 切 冲塞 能 它
束 条 件 下 ， 论 了 陶瓷 多层 复 合 装 甲的优 化 设 计 。 讨
关键词 ： 抗弹性能 ； 复合装 甲； 垂直侵彻 ； 优化设计 ； 式弹 杆 中图分 类号 ：Ｊ １ ． ２ Ｔ８ １９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ３ ７ ３ ２ １ ）５ ０ ２ — ２ １０ － ７ Ｘ（０ １０ － ０ １ ０
在描 述 。２ 直 接 优化 法 —— 实验 优 化 法 。它 是 以 实 ） 验 为 主 要 手段 ， 过 大 量 的实 验 获得 复 合靶 板 优 化设 通
道 限度 ： ： １ ） 极速为 ＼ Ｖ １ ｆ １ ＼ ｐ
由上式得 ， 弹丸 垂直 侵彻 陶瓷 面板 的能量 损失 为
实 验 弹体为 ５ Ｉ的钨合金 杆式 穿 甲弹 ， １ ｍｌ 是缩 比模 拟 弹 ， 的长 径 比为 ￡／ 它 。＝ ４ 弹 长 为 １ １ ｍ， ２， ２ ｍ 弹重 为 ６ ． ｇ 试 验 的靶 板 为 １０ｍ １０ｍ １０ｍＴ， １ ； ２ ０ ｍ￣ ０ ｍ￣ ４ ｌ 周 Ｉ
１９ ，（） ２ － ３ ． ９ ３７３： ６ ２ ２ １
［Ｊ 蒋 建伟． Ｌ ４ 多孑 材料 冲击绝 热线 的近 似计算 ［． Ｊ 高压 物理学 】
报 ，９ １５ ） ０ — ０ ． １９ ，（ ： １３ ６ ４３
【】 蔺建勋 ， ５ 蒋浩 征＿ 丸垂 直侵彻土壤混凝土介质的理论分析 ｊ 单
２ 陶瓷 复合 装 甲结构 优化 设计 防护 是 个 系统 工 程 ， 结 构 和材 料 的综 合 优化 是 其 复 杂 的 。必须 采 用科学 的优化方 法 。 目前 采 用 的方 法 主要 有 ：） １ 间接 优 化 法— —解 析 优 化 法 。它 是把 所 研 究 的对 象 用 数学 方 法 描述 为 目标 函数 与 约束 条 件 ， 再 用 数学 解 析 方法 求 得 最优 解 。它在 多 数 情况 下 ， 究 研 对象 的作 用机 理还 不 十分清 楚或 不 能用数 学方 法全 面
式 中 ： 弹丸 质量 ； Ｍ 为 ｄ为 弹丸 直径 ； ｈ 为陶 瓷面 板 的厚度 ； 为陶 瓷材 料 的强 度 参数 ， 的取 值 为靶 板 它 的动 态抗力 尺， ． 玻 璃 钢 材料 属 于各 向异性 材 料 ， 的 破坏 形 式 主 它
计 ， 般要 求 在达 到 防 护性 能 的前 提 下 ， 靶 板 的 尺 一 对 寸 、 量 、 构 、 价 等 因素 都要 综 合 考虑 。本文 只 考 质 结 造 虑靶 板 的质量 和尺 寸 两个 约 束 条件 ， 陶瓷 多层 复 合 对 装 甲的优 化设 计 问题进 行分 析 。
参考文献
边约束。本 次实验的靶板分为４ 种方案 ， 每种方案进 行 两 次射 击 实验 。计 算 结果 和 试 验结 果 的对 比发 现 ， 该模型可 以较好地模 拟陶瓷复合装 甲的弹道极 限速 度； 同时看 出 ， 面 密度 相差 不 大 的情 况下 ， 同配置 在 不 的靶 板 ， 其抗 弹性 差 别 较 大 。通 过实 验 总结 如 下 ： ） １ 在一定 的面 密度 下 ， 道极 限速 度 随 着 陶瓷 的厚度 增 弹 加 而 显著 增 加 ， 因为 陶 瓷材 料 的抗 压 强度 和 密度参 数 是影 响靶板 抗 弹性 的主要 因素 。２ 对 于一 定 面密度 ） 的复合靶 板 ， 陶瓷厚度 一定 的条件 下 ， 在 增加玻璃 钢 的 厚度 ， 弹道极 限速度 出现下降； 反之 ， 即随着钢板厚度 的增 加 弹 道极 限速 度 上 升 。３ 在 某 一 弹道 极 限 速度 ） 等值线 上 ， 在多 种靶板 配置 方案 ， 存 具体选 择可 按实 际 成本 和使 用 要求 确 定 ， 这样 就 为靶 板 设计 人 员提 供有 价值 的参考数 据 。 ４ 结束语 １ 针 对杆 式 弹 以 １ ０ ） ０～３００ｍ ｓ ０ ０ ／的速度撞 击 陶 瓷复 合装 甲 ， 虑 陶瓷 脆性 材 料 的拉 压强 度 不 同的特 考 点 ， 于双剪 统 一强 度 理论 和球 型空 穴膨 胀理 论 建立 基 了靶 板抗 力 表达 式 ， 通过 压 力相 等 条件 给 出 了杆式 并 弹侵 彻 陶瓷 复 合 靶 板 的侵 彻 速度 与 撞 击 速 度 的表 达 式 ， 后用 试验 进行 了验 证 。２ 利 用上 面 的靶板 抗力 最 ）
Ｅｌ ，ｄ ｈ Ｙｓ ＝ ｒ ｒ
计 的规 律 ， 特 点 是 耗 费 量 大 ， 其 一因此 ， 装 甲防护 的 在 系统 设计 中 ， 上 述 两 种方 法 相互 结 合 ， 为 补充 ， 将 互 采
用 最少 的实 验获 得最 优 的效果 。本 文 主要 用 解析 的方 法 对复 合靶板 的优化设 计进 行讨 论 。 复合 靶板 的优化设 计 属于 多变 量多 目标 的优化 设
要有 四种方式： 纤维拉断 、 剪切失效 、 纤维分层脱粘 、 压 缩 失 效 。在 高 速 冲击 载 荷 作 用 下 ， 维 的 破 坏 方 式 纤 主要 为 冲 击压 缩 失效 。对 于 发生 冲击压 缩 失 效 ， 的 它
， 、 ，一 ２