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聚合物—铝合金复合板在高速撞击下的抗弹特性研究

黄湘林  
【摘要】:近年来轻质装甲的研究成为了热门,而铝合金又是在其中研究的较为广泛的一种。针对单一铝合金材质的结构的防护性能的研究已经有很多,但是对于其与其他材料组成的复合装甲则研究的较少。复合装甲通常选用具有不同力学特性的材料进行组合,以期达到最优抗弹性能。很多相关的研究都表明,复合装甲比单一材质的装甲具有更高的抗弹性能。本文研究聚合物与铝合金组成的复合板的抗弹性能,并分析其失效机理。所选用的聚合物有两种:PC和PMMA。PC为高延性聚合物,而PMMA为脆性的,它们的密度和强度比较接近,但是失效应变相差很大。这两种力学性能差异较大的聚合物分别与铝合金组成的复合板,研究聚合物力学性能差异对复合板抗弹性能的影响。选用平头和卵形弹分别进行撞击实验,研究弹体头部形状的影响。此外,分别将复合板中的聚合物置于撞击面和背面,进行相应的撞击实验,研究叠层顺序的影响。实验结果表明,对于平头弹,PC置于撞击面的复合板弹道极限要大于置于撞击背面组成的复合板,这主要是因为PC在撞击面改变了平头弹弹体的头部形状,转变了铝合金的失效形式。对于卵形弹,PC置于背面效果要好,因为此时PC在前不能改变弹体头部形状,而置于后面,却可以发挥PC的大变形吸能优势。对于脆性的PMMA,其表现较差,置于背面的时候,由于增加了整体刚度,影响了铝合金的塑性变形,导致复合板的抗弹性能略低于没有聚合物的单层铝合金的抗弹性能。研究还发现,不同靶板的抗弹性能受弹体头部形状影响较大,复合板抗平头弹的效果要好于卵形头弹。研究的后期,采用Abaqus商用有限元软件,对一部分的实验工况进行了相应的数值仿真。仿真的步骤和材料模型及参数都有了比较详细的说明。仿真的结果与实验的吻合比较好,验证了模型的有效性。


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