新型复合防弹装甲结构材料的研究

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1、万方数据第2期2005年6月纤维复合材料FⅡlERCoⅣⅡ·olsr】[ESNo．212Jun．，2005新型复合防弹装甲结构材料的研究邱桂杰王勇祥杨洪忠孟弋洁(JL京玻璃钢研究设计院，102101)摘要通过分析陶瓷与复合材料的防弹机理，借助数值模拟分析技术对复合装甲的结构进行设计，并制备靶板，研究了复合装甲的材料与结构形式对防弹性能的影响，通过打靶实验，验证了结构设计的科学性及合理性。本文还在防弹装甲结构中尝试橡胶材料的应用，靶试结果表明，橡胶在防弹性能上具有明显作用。关键词陶瓷；复合装甲；防弹机理；橡胶StudyontheStructuresandMaterialso

2、faNewBulletproofCompositesArmorQiuGuijieWangYongxiangYangHongzhongMengYijie(BeijingFRPResearchandDesignInstitute，102101)ABSI-P#、G-'TInthispaper，weanalyzethebulletproofmechanismsofceramicanditscomposites，designthebullet—proofstruc‘turesofthecompositesanllorbymeansofthedataanalogyandanalysi

3、stechnologyandstudytheeffectofthecompositesarl／loranditsstructureonthebulletproof．properties．Thebulletshootingshowthatstructuredesignisvalidatedtobescientificandrational．Moreover，theapplicationofrubbermaterialsinbulletproofarlBorisalsostudiedinthispaper．Thebulletshootingresultshowsthatthe

4、rubberhasimportanteffectonbulletproofproperty．K卧'WORDSceramic：compositearmor；bulletproofmechanism；rubber1前言防弹复合材料的基本性能在于防住弹体的冲击和冲击波。对于不同的防弹材料，研制的具体要求不尽相同，但是其基本要求不外乎以下三个方面：(1)最基本的要求是防弹材料受弹丸侵彻时能吸收更多的能量，设计的防弹复合材料的比吸收能如果比目前的防弹材料的比吸收能高出10％甚至更多，而其他条件相当，则这种材料会具有很好的发展前途；(2)设计的防弹材料的面密度呈减小趋势，目前世界各国

5、都非常注重战车的机动性能，而战车的整体质量是影响这一性能的关键因素，因此要求研制的防弹材料具有更高的性能，质量的比值；(3)造价要低[1]，低造价的防弹复合材料易于推广，易于实现产业化，在国际市场上具有竞争力。以陶瓷为面板和以纤维增强树脂基复合材料为背板所构成的复合装甲，与传统的金属均质装甲相比是一种更为有效的轻型防护装甲，这种装甲可利用弹体侵彻各阶段特有的侵彻机理，使面板和背板材料的性能优势分别得以最大限度的发挥。在保持与均质装甲具有相同的防护能力的情况下，复合装甲更易于实现轻量化．而装甲的轻量化对军事车辆减少能源消耗、提高机动性能和装载能力具有十分重要的意义。2复合装

6、甲防弹机理2．1陶瓷作为迎弹面的防弹机理弹丸对陶瓷的最初冲击具有高压应力的特点。其作用机理是，在弹头与陶瓷相互作用后弹头端部发生变形产生压缩波，压缩波移动到弹体和陶瓷表面后被反射回来，形成沿冲击方向的自由弹性波，波前端产生巨大应力，其值超过弹体和陶瓷的极限应力，使弹头产生破坏并随之破碎，陶瓷出现裂纹。陶瓷的裂纹以冲击点为中心，迅速向四周呈放射状发展。同时，由于冲击波的作用而产生环向应力，该应力以冲击点为中心向四周传递并可限制陶瓷裂纹的进～步扩展，使陶瓷形成一个破坏倒圆锥，该锥体的顶角约60度怛3。陶瓷片不能单独作为防弹装甲材料，必须有背板作为支撑底板才能发挥陶瓷优越的抗弹

7、性能。因为陶瓷材料不能单独承受冲击时的弯曲载荷，较大的弯曲强度将使陶瓷表面呈现拉伸破坏。只有当陶瓷背面受到足够的刚性支撑时才能实现陶瓷材料的高压缩性能，此外，背板还要承受住来自面板传来的弹体的冲击动能。因此，理想的背板既要有足够的万方数据2期邱桂杰等：新型复合防弹装甲结构材料的研究刚性支持面板，又要能有效的吸收动能。2．2碳复合材料的防弹机理弹丸撞击陶瓷片后，部分能量被吸收，再进入侵彻刚性背板的过程。由于碳纤维具有高的比强度、高模量及高应变下优良的性能，而碳纤维具有的高模量导致其较低的断裂延伸率。树脂增强碳纤维复合材料的其中一