复合结构碳纤维防弹板的防弹性能仿真.pdf

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复合结构碳纤维防弹板的防弹性能仿真秦溶蔓，朱波囡，乔琨，王东哲，孙娜，袁晓敏琣过层间黏性行为和损伤参数模拟界面分层过程．利用有限元软件中的分析模块建立陶瓷阍：维复合防弹板的高速冲击损伤分析模型，通过分析弹丸初始速度与剩余速度，研究复合防弹板的各组分结构参数、纤维指标、铺层设计对靶板及层合板抗侵彻行为的作用规律，并结合冯·米塞斯．应力云图和基体损伤云图，探讨复合防弹板的受力与损工程科学学报，第卷，第期：—，年月海痙．甶；：／／畊甧．摘要针对纤维／基体间的界面脱黏决定能量吸收这一核心问题，采用一系列标准黏结力参数调整复合板界面黏合力，并通伤形式．最后，利用弹道冲击实验成功验证了模型的准确性．实验结果表明：由馭陶瓷、裉枷宋春喜牧板和厚超高分子量聚乙烯纤维复合材料背板组成的复合防弹板可有效防御弹丸侵彻，对弹丸动能吸收和弹速衰减作用明显．关键词碳纤维；陶瓷；复合防弹板；有限元分析软件；冲击模拟；抗侵彻行为分类号瑂甈，．，，山东大学材料科学与工程学院，济南囡通信作者，猰．琙琎琖囡／，基金项目：国家重点研发计划资助项目叭；山东省重点研发计划资助项目，琘猰，猰．．琤瑂．—猰瓹痜收稿日期：——琕．，．：—，琾—琣痳，瓹．甌．，瓸琒，，
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Ｄ夥抡媸笛榧胺椒陶瓷复合防弹装甲由硬质陶瓷与金属背板或纤维复合材料背板叠层，用于防御穿甲弹等高速弹丸侵彻的轻质防护装甲，目前陶瓷复合防弹装甲一直是军用防护领域的研究热点．陶瓷防弹装甲体系常用氧化铝⑻蓟、碳化硅偷;，为硬质陶瓷材料以抵抗弹丸冲击愿咝阅芟宋绕涫翘枷宋⒊高分子量聚乙烯纤维纤维等组合设计用以配合提高陶瓷层的抗变形能力，尤其碳纤维作为一种高比强度、高比模量的优质纤维，对于保证陶瓷防弹板防护稳定性具有重要作用隅沾复合防弹装甲在抵抗弹丸侵彻瞬时的能量吸收过程和吸收机制较为复杂，对于不同实验条件的弹丸侵彻过程仿真，一直是防弹装甲的研究重点等研究了冲击速度对复合材料层合板残余速度、层合板内部的能量吸收、损伤模式和损伤尺寸的影响．萚】通过有限元分析软件中的分析模块系统研究了钛合金／背层复合陶瓷装甲对弹丸的作用机理．与则使用仿真分析软件教至瞬煌沾珊穸燃安煌嘲宀牧系陶瓷复合装甲的冲击特性．有关陶瓷复合防弹装甲板的研究主要集中在失效破坏机制和结构组合设计方面，有关复合材料层问黏合性能、纤维类型参数以及装甲组合结构对靶板抗侵彻性能的影响研究较少，同时增强纤维与树脂基体问界面特性以及界面失效行为也是影响弹丸能量吸收效果的重要因素，纤维与树脂基体界面脱黏行为也将显著影响复合材料对弹丸的能量吸收．针对这一问题，本文采用系列化标准黏结力参数调整界面黏合力，使用式．┘椎魑3寤体，在弹丸高速冲击瞬态破坏状态下，通过防弹复合材料板的层间黏结行为变化和损伤参数，模拟防弹板的界面分层能量吸收过程，并通过弹道冲击实验验证了模型的准确可靠性．此项工作可为陶瓷一纤维复合防弹装甲板设计和优化提供参考．模型网格划分本文建立的防弹复合材料板材模型，包括陶瓷仓史赖恪⑻枷宋銮炕费醺春喜牧刚性层和复合材料韧性背板层三部分构成，靶板的长宽均为，厚度为其中陶瓷层厚度为，层厚度为复合层厚度为，其装配后截面如图所示．本文采用渐进式网格划分，网格密度由弹丸的弹着点为中心逐渐向外减少，同时采用南富翊砬殖怪苯咏触区域的弹丸与靶板的直接接触部分，从而有效保证模型计算