复合防破片板防护性能分析及数值模拟

论文摘要

陶瓷／FRP(纤维增强塑料)复合装甲与传统均质装甲相比，具有面密度低、冲击吸能高、防护性能好等优点，在兵器工业、防护工程等领域有着广泛的应用。本文结合日遗化武在挖掘、运输等过程中的防护问题，以150mm红弹为防护对象，开展了复合防破片板的研制，建立了破片侵彻、破片与爆炸冲击波复合效应的数值分析模型，模拟了破片侵彻靶板的过程，分析了破片与冲击波复合效应对靶板的破坏机理，并与试验结果进行了对比，验证了数值分析的有效性。通过试验与数值分析，对复合防破片板的防护性能进行了评估。主要研究内容及成果包括：1．通过对日遗化武爆炸威力的计算，分析其破坏形式和毁伤效能，并结合陶瓷复合装甲的防弹机理，提出了五种防破片板结构初步设计方案；2．通过对五种复合防破片板方案进行的破片侵彻试验，以及对剩余速度和破坏形态的对比分析，确定了防破片板的最佳结构方案；3．根据陶瓷和纤维复合材料的损伤机理，建立复合防破片板的侵彻数值分析模型，模拟破片对防破片板的侵彻过程，并结合侵彻试验结果，拟合了7mm和10mm陶瓷靶板的侵彻剩余速度曲线；4．以ConWep爆炸模型为基础，建立破片与爆炸冲击波复合效应数值分析模型，进一步研究破片与冲击波复合效应下防破片板的破坏机理；5．根据试验结果与数值模拟分析结果，对复合防破片板的防护性能进行了评估。结果表明：根据本文的防破片板结构设计方案，可以满足150mm红弹的防护要求。本文的研究结果为设计和制造高性能防破片板提供了依据，对保证日遗化武在挖掘、运输等过程中的防护安全性具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及选题意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 防护材料的研究
• 1.2.2 层合板侵彻问题的研究
• 1.3 研究目标及内容
• 第2章 防破片板结构设计
• 2.1 日遗化武爆炸破坏性能计算
• 2.2 防破片板防护机理
• 2.2.1 陶瓷防弹机理
• 2.2.2 纤维层合板防弹机理
• 2.3 防破片板设计
• 2.3.1 主要材料选取
• 2.2.2 结构设计
• 2.2.3 成型工艺
• 第3章 防破片板抗侵彻效应研究
• 3.1 侵彻分析模型
• 3.1.1 冲击载荷下陶瓷破碎机理
• 3.1.2 纤维层合板冲击模型
• 3.2 破片侵彻试验
• 3.2.1 试件制备
• 3.2.2 试验方法
• 3.2.3 试验结果分析
• 3.3 侵彻数值分析
• 3.3.1 材料模型
• 3.3.2 有限元模型
• 3.3.3 数值计算结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 破片与冲击波复合效应分析
• 4.1 冲击波参量计算
• 4.1.1 入射超压计算
• 4.1.2 正压作用时间
• 4.2 破片与冲击波到达时间计算
• 4.3 破片与冲击波复合效应数值模拟
• 4.3.1 数值分析模型
• 4.3.2 初始载荷定义
• 4.3.3 数值计算结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目