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陶瓷复合装甲抗侵彻机理与性能的理论与实验研究

罗韶华  
【摘要】:陶瓷材料由于其具有硬度大、强度高和密度低等优点,在提高复合装甲抗弹能力方面发挥着十分重要的作用,并且已经得到了广泛应用。尽管人们在陶瓷复合装甲抗弹性能和机理的研究中取得了一系列的成果,但由于陶瓷复合装甲的抗侵彻性能和机理受到弹速、装甲结构、陶瓷厚度、盖板和背板的材料等诸多因素的影响,因此研究陶瓷复合装甲的抗侵彻机理和性能仍然是一项紧迫而艰巨的任务,且具有重要的科学研究意义和工程应用价值。本文以AD95陶瓷为研究对象,采用理论分析和实验测试方法研究了陶瓷复合装甲抗侵彻性能和破坏机理,并分析了影响陶瓷抗侵彻性能的因素。 1、本文基于空腔膨胀的基本理论,结合双曲线压剪弹脆性本构方程及Mohr-Coulumb屈服准则,求解得到了准静态球形和柱形空腔膨胀模型及动态球形空腔膨胀模型下的空腔膨胀压力,分析了压剪系数、压缩强度、拉伸强度、相对密度和弹体速度对陶瓷空腔膨胀压力的影响。结果表明陶瓷空腔膨胀压力随压剪系数、压缩强度、拉伸强度和弹体速度的增大而增大,其中压剪系数和压缩强度对空腔膨胀压力的影响与其他参数的影响相比更为明显。 2、基于上述空腔膨胀模型得到的膨胀压力结果,通过求解卵形弹头侵彻方程,得到了弹体侵彻陶瓷靶的侵彻阻力。本文利用A-T模型预测了钨合金弹体侵彻AIN陶瓷和AD95陶瓷的侵彻深度,并与实验结果进行了对比,吻合较好。根据A-T模型的计算结果,本文分析了侵彻深度与弹体速度、靶板阻力的关系。结果表明,侵彻深度随弹体速度的增大而增加,但是,速度增大到一定程度后,侵彻深度不再随之增加;弹体的侵彻深度随靶板阻力的增大而减小,结合空腔膨胀模型中分析的影响靶体阻力的因素,从而由理论模型分析了影响陶瓷靶抗侵彻性能的因素。此外,本文还给出了侵彻深度、弹体速度、弹体剩余长度随时间变化的时间历程曲线。最后本文总结了A-T模型的不足,提出了实验方案。 3、本文通过开展AD95陶瓷复合装甲的侵彻实验研究了其抗侵彻性能和破坏机理,验证了空腔膨胀模型。实验中,利用二级轻气炮加载钨合金弹头以720±20m/s的速度侵彻不同结构的AD95陶瓷/金属复合装甲,结果表明陶瓷层破坏形式主要是开坑、层裂和陶瓷锥;利用锰铜应力计测试得到了陶瓷背板界面的压力,验证了空腔膨胀模型的计算结果;结合空腔膨胀理论并基于实验结果研究了约束条件、陶瓷厚度、盖板以及背板对陶瓷的破坏模式的影响,其中,约束对陶瓷复合装甲的抗侵彻机理和性能的影响主要体现在反溅效应和膨胀效应;本文通过质量效益系数和相对差分效益因子分析了以上因素对陶瓷复合装甲抗侵彻性能的影响。结果表明,盖板、环向约束、增大陶瓷板和背板的厚度可增强陶瓷复合装甲的抗侵彻性能。


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