层联衬经斜纹机织预制体细观结构几何建模

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作者 陈利 俞成童 +2 位作者 王静 张长龙 周庆 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2024年第1期28-34,共7页

为分析层联衬经斜纹机织预制体的细观结构,通过X射线显微镜(Micro-CT)观测复合材料中的纤维,基于Micro-CT观测的纤维横截面形状和空间走向,提出矩形衬经纱横截面、矩形接结经纱横截面、凸透镜形纬纱横截面、直线型衬经纱路径、直线型纬... 为分析层联衬经斜纹机织预制体的细观结构,通过X射线显微镜(Micro-CT)观测复合材料中的纤维,基于Micro-CT观测的纤维横截面形状和空间走向,提出矩形衬经纱横截面、矩形接结经纱横截面、凸透镜形纬纱横截面、直线型衬经纱路径、直线型纬纱路径和抛物线形接结经纱路径等假设,推导了纤维预制体厚度和纤维体积含量与纤维参数之间的关系,建立了预制体细观结构模型,通过纤维宽度和厚度计算纱线横截面变异系数、预制体厚度和纤维体积含量。为验证模型的准确性,以芳纶纤维和超高分子质量聚乙烯纤维为原材料制备了2种相同结构、不同纤维的层联衬经斜纹机织复合材料,并与提出的预制体模型对比分析。结果表明:理论值与实测值在合理误差范围之内,预制体厚度误差小于1.5%,预制体纤维体积含量误差小于1.5%。 展开更多

关键词 层联衬经斜纹机织预制体 细观结构 预制体厚度 预制体纤维体积含量 Micro-CT技术

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防弹装甲中新型抗凹陷材料的研究 被引量：4

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作者 周庆 刘婷 何业茂 《中国个体防护装备》 2019年第1期22-26,共5页

本论文为减小背衬胶泥的凹陷深度,减轻子弹冲击对人体造成的非贯穿性损伤,设计一种两侧均附有面密度为150 g/m^2的超高分子量聚乙烯纤维增强树脂基复合材料的EVA泡沫作为新型抗凹陷结构材料层。采用弹道测试系统进行打靶测试,研究新型... 本论文为减小背衬胶泥的凹陷深度,减轻子弹冲击对人体造成的非贯穿性损伤,设计一种两侧均附有面密度为150 g/m^2的超高分子量聚乙烯纤维增强树脂基复合材料的EVA泡沫作为新型抗凹陷结构材料层。采用弹道测试系统进行打靶测试,研究新型抗凹陷结构材料层对防护性能的影响,并计算出靶片影响系数Φ。结果表明添加新型抗凹陷结构材料的靶片防护性能较好,新型抗凹陷结构材料的使用既能够防止子弹冲击时造成的吸波层的损坏,明显降低防弹材料受到子弹冲击后的凹陷深度,减小非贯穿性损伤,又能够进一步提高防弹材料的防弹能力。 展开更多

关键词 非贯穿性损伤 复合材料 抗凹陷 防弹性能

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纤维增强树脂基复合材料防弹性能影响因素及破坏机制 被引量：18

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作者 焦亚男 何业茂 +1 位作者 周庆 刘婷 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期1960-1972,共13页

以超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)纤维、S-玻璃纤维、芳纶1414纤维和杂环芳纶纤维增强聚烯烃(Polyolefin,PO)和水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane,WPU)树脂,采用热压工艺制备正交单向无纬(UD)结... 以超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)纤维、S-玻璃纤维、芳纶1414纤维和杂环芳纶纤维增强聚烯烃(Polyolefin,PO)和水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane,WPU)树脂,采用热压工艺制备正交单向无纬(UD)结构复合材料装甲板;通过装甲板弹道极限速度测试,研究了纤维增强树脂基复合材料装甲板防弹性能的影响因素;通过体视显微镜观察装甲板侵彻破坏形貌,分析了纤维增强树脂基复合材料的破坏机制。结果表明:UHMWPE纤维增强PO树脂基复合材料的防弹性能与UHMWPE纤维的强度和模量呈正相关,但纤维模量对复合材料防弹性能的影响随着纤维模量的增大而逐渐变弱;在WPU树脂体系下,四种纤维的防弹性能由高到低依次是UHMWPE纤维、杂环芳纶纤维、芳纶1414纤维、S-玻璃纤维;纤维增强树脂基复合材料装甲板中纤维破坏方式有迎弹面纤维被剪切冲塞、中部被纤维拉伸变形后剪切、背弹面纤维被拉伸断裂,中部纤维拉伸变形是消耗子弹动能的主要方式。 展开更多

关键词 层压复合材料 纤维性能 防弹性能 弹道极限速度 比吸收能 破坏机制

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弹道防护用先进复合材料弹道响应的研究进展 被引量：17

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作者 何业茂 焦亚男 +1 位作者 周庆 陈利 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1331-1347,共17页

本文对弹道防护用先进复合材料的弹道响应研究及其在工程领域的应用现状进行了综述。首先,基于工程应用研究的试验结果,对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维、对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维、芳Ⅲ纤维、聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维和聚酰亚胺... 本文对弹道防护用先进复合材料的弹道响应研究及其在工程领域的应用现状进行了综述。首先,基于工程应用研究的试验结果,对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维、对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维、芳Ⅲ纤维、聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维和聚酰亚胺(PI)纤维等高性能纤维的防弹性能及其复合材料在弹道防护工程领域的应用现状进行了概述,近年来先进复合材料的防弹性能随着纤维力学性能的突破而逐渐提高;其次,讨论了先进复合材料弹道响应的影响因素及其作用机制,发现先进复合材料的塑性拉伸变形是其抵挡弹丸侵彻的主要防弹机制;最后,对弹道防护用先进复合材料的研究方向进行了展望。 展开更多

关键词 先进复合材料 高性能纤维 防弹材料 损伤模式 防弹性能 工程应用

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超高分子量聚乙烯纤维/水性聚氨酯复合材料层压板抗软钢芯弹侵彻性能及其损伤机制 被引量：16

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作者 何业茂 焦亚男 +4 位作者 周庆 陈利 张典堂 谢军波 杨志 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1455-1467,共13页

选用碳纳米粒子(CNPs)原位改性和未改性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维作为增强纤维,水性聚氨酯(WPU)作为树脂基体,采用缠绕-复合-热压工艺制备单向(UD)正交结构的UHMWPE纤维/WPU复合材料层压板。基于X射线计算机断层扫描(CT)技术,研究... 选用碳纳米粒子(CNPs)原位改性和未改性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维作为增强纤维,水性聚氨酯(WPU)作为树脂基体,采用缠绕-复合-热压工艺制备单向(UD)正交结构的UHMWPE纤维/WPU复合材料层压板。基于X射线计算机断层扫描(CT)技术,研究UHMWPE纤维/WPU复合材料层压板在7.62 mm×39 mm软钢芯弹以弹速为(720±10) m/s侵彻下的弹道响应。结果表明,UHMWPE纤维的CNPs原位改性提高了CNPs-UHMWPE纤维/WPU复合材料层压板抗单发侵彻性能,但会降低其抗多发打击的能力。对于未被穿透的层压板,其被侵彻过程可分为三个阶段,依次为剪切冲塞、断裂破坏和剩余子层的塑性变形,且每个阶段的厚度比依次为11.51%、44.40%和44.09%;层压板的分层响应主要发生在第二阶段,并集中在弹着点附近;每发弹丸侵彻导致层压板的破坏区域包含在以弹着点为圆心、直径约为70 mm的圆内。 展开更多

关键词 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维 软钢芯弹 CT分析 损伤机制 分层机制

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热塑性树脂基体对超高分子量聚乙烯纤维复合材料力学性能和抗弹道侵彻性能的影响 被引量：12

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作者 何业茂 焦亚男 +1 位作者 周庆 陈利 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1570-1581,共12页

选用热塑性的水性橡胶、水性聚酯、水性聚氨酯作为基体树脂,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维作为增强纤维,采用热压工艺制备单向正交结构的防弹先进复合材料层压板。基于弹道侵彻试验和力学试验研究热塑性树脂基体对防弹先进复合材料弹道... 选用热塑性的水性橡胶、水性聚酯、水性聚氨酯作为基体树脂,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维作为增强纤维,采用热压工艺制备单向正交结构的防弹先进复合材料层压板。基于弹道侵彻试验和力学试验研究热塑性树脂基体对防弹先进复合材料弹道响应及力学行为的影响。研究结果显示:相比单一的热塑性树脂体系,以热塑性树脂混合体系作为基体制备的UHMWPE复合材料具有更优异的抗弹道侵彻性能、更高的拉伸破坏强度和层间剪切破坏强度,这是由于混合树脂体系中的UHMWPE纤维具有更高的可利用效率;此外,基于横向压缩诱导的间接张力机制和弹道侵彻下的大变形行为诱导的膜力效应,UHMWPE纤维复合材料的抗弹道侵彻性能与其准静态下的拉伸断裂强度、层间剪切强度呈现正相关的关联机制。 展开更多

关键词 热塑性树脂 UHMWPE纤维 抗弹道侵彻性能 力学性能 复合材料层压板

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碳化硅-超高分子量聚乙烯纤维增强树脂基复合材料复合装甲板的抗穿甲弹侵彻性能及其损伤机制 被引量：7

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作者 贾楠 焦亚男 +2 位作者 周庆 何业茂 陈利 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期4908-4917,共10页

以碳化硅陶瓷(SiC)作为面板材料,超高分子量聚乙烯纤维增强水性聚氨酯树脂基复合材料层压板(UHMWPE/WPU)作为背板材料,通过真空袋膜压工艺制备SiC-UHMWPE/WPU复合装甲板。基于弹道冲击试验研究复合装甲板的结构参数对其抗穿甲弹侵彻性... 以碳化硅陶瓷(SiC)作为面板材料,超高分子量聚乙烯纤维增强水性聚氨酯树脂基复合材料层压板(UHMWPE/WPU)作为背板材料,通过真空袋膜压工艺制备SiC-UHMWPE/WPU复合装甲板。基于弹道冲击试验研究复合装甲板的结构参数对其抗穿甲弹侵彻性能的影响,采用X射线计算机断层扫描(X-ray computed tomography,CT)技术,研究复合装甲板在53式7.62 mm穿甲弹以弹速为(808^(+7)_(-8))m/s进行多发弹道侵彻下的损伤模式。研究结果表明:SiC-UHMWPE/WPU复合装甲板的抗多发弹道侵彻能力随着UHMWPE/WPU厚度或SiC厚度的降低而逐渐下降,10 mm厚SiC+13 mm厚UHMWPE/WPU是试验中抗53式7.62 mm穿甲弹多发弹道侵彻的最佳工程应用结构;UHMWPE/WPU面密度的减少不仅影响UHMWPE/WPU的防护效率,其还通过降低对陶瓷面板的支撑作用,间接影响陶瓷的防护效率;弹道侵彻后的复合装甲板的损伤模式包括SiC碎裂、SiC与UHMWPE/WPU的界面破坏及UHMWPE/WPU的绝热剪切破坏、拉伸变形和分层破坏。 展开更多

关键词 碳化硅陶瓷 超高分子量聚乙烯 复合装甲板 穿甲弹 计算机断层扫描(CT)分析 损伤机制

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孔洞型碳纤维三轴机织物/环氧树脂复合材料的弯曲和拉伸性能 被引量：5

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作者 杨晓亚 焦亚男 +2 位作者 何业茂 宗香君 陈利 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期3191-3201,共11页

以T300碳纤维为增强纤维材料,环氧树脂为树脂基体,采用树脂膜熔渗(Resin film infusion,RFI)工艺制备碳纤维三轴机织物/环氧树脂(Triaxial woven fabric/epoxy resin,TWF/EP)复合材料。通过三点弯曲试验和拉伸试验研究了复合材料试样的... 以T300碳纤维为增强纤维材料,环氧树脂为树脂基体,采用树脂膜熔渗(Resin film infusion,RFI)工艺制备碳纤维三轴机织物/环氧树脂(Triaxial woven fabric/epoxy resin,TWF/EP)复合材料。通过三点弯曲试验和拉伸试验研究了复合材料试样的面内弯曲性能和面内拉伸性能,采用3D轮廓仪观察拉伸试验后试样的损伤形貌,并分析其损伤机制。研究结果表明:TWF/EP复合材料的弯曲弹性模量表现为准各向同性,复合材料的孔洞率、碳纤维束规格与弯曲弹性模量呈现显著正相关性,与拉伸模量呈现负相关性。在拉伸载荷作用下,TWF/EP复合材料的主要失效模式包括纤维束断裂、纤维束拔出和交错失效,拉伸断裂机制主要为纯剪切破坏、扭转剪切破坏、拉剪耦合破坏。此外,在渐进损伤过程中,应变集中区发生在纱线交织点处。 展开更多

关键词 碳纤维三轴机织复合材料 准各向同性 弯曲性能 拉伸性能 损伤模式

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弹道防护用超高分子量聚乙烯纤维增强热塑性树脂基复合材料的拉伸力学行为 被引量：4

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作者 何业茂 焦亚男 +3 位作者 周庆 贾楠 陈利 万喜莉 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期119-130,共12页

以弹道防护用超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维增强热塑性树脂基复合材料作为研究对象,通过热压工艺制备单向正交结构的复合材料层压板。基于自主设计的拉伸试验装置,开展UHMWPE纤维增强热塑性... 以弹道防护用超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维增强热塑性树脂基复合材料作为研究对象,通过热压工艺制备单向正交结构的复合材料层压板。基于自主设计的拉伸试验装置,开展UHMWPE纤维增强热塑性树脂基复合材料在宏观尺度和准细观尺度上的面内拉伸试验,研究其面内拉伸力学性能及失效模式。研究结果显示:弹道防护用UHMWPE纤维增强热塑性树脂基复合材料在准细观尺度上的面内拉伸力学性能是其本征性能;随着偏轴角度的增加,拉伸断裂强度呈现指数型下降,这是由于失效模式由纤维的拉伸断裂破坏转变为纤维-树脂基体的界面破坏;此外,其在宏观尺度上的拉伸破坏强度比在准细观尺度上的拉伸断裂强度降低了50.52%,这是由于宏观尺度上的面内拉伸力学响应是其面内拉伸变形和层间分层破坏的耦合结果,即层压板的叠层效应。 展开更多

关键词 UHMWPE 复合材料 拉伸性能 力学行为 失效模式 准细观尺度

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层间混杂复合材料装甲板防弹性能及其防弹机制 被引量：18

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作者 周庆 何业茂 刘婷 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期837-847,共11页

为研究层间混杂复合材料装甲板的防弹性能及其防弹机制,采用钢芯弹侵彻层间混杂复合材料装甲板。以超高分子量聚乙烯(Ultra high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维、对位芳香族聚酰胺纤维作增强纤维,水性聚氨酯(Waterborne Po... 为研究层间混杂复合材料装甲板的防弹性能及其防弹机制,采用钢芯弹侵彻层间混杂复合材料装甲板。以超高分子量聚乙烯(Ultra high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维、对位芳香族聚酰胺纤维作增强纤维,水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane,WPU)树脂和环氧树脂(Epoxy resin,EP)作基体,采用热压工艺制备单向(Unidirectional,UD)结构的层间混杂复合材料装甲板。研究混杂比例、防弹面和树脂基体对混杂复合材料装甲板防弹性能的影响以及弹击后混杂复合材料装甲板的破坏形貌,分析混杂复合材料装甲板的防弹机制,并对复合材料装甲板的破坏机制进行了分析。结果表明:混杂复合材料装甲板的防弹性能优于其任一单一纤维复合材料装甲板;WPU的防弹性能要优于环氧树脂;以UHMWPE纤维复合材料充当防弹面时,混杂复合材料装甲板具有更好的防弹性能;纤维拉伸变形和装甲板分层是纤维复合材料装甲板主要的吸能方式。 展开更多

关键词 高性能纤维复合材料 层间混杂复合材料装甲板 防弹面 防弹机制 破坏机制

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对位芳香族聚酰胺纤维/环氧树脂复合材料防弹性能及其破坏机制 被引量：11

11

作者 周庆 何业茂 刘婷 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期2235-2246,共12页

为研究对位芳香族聚酰胺纤维/环氧树脂(Epoxy resin,EP)复合材料的防弹性能及其破坏机制,采用铅芯弹侵彻复合材料靶片。以对位芳香族聚酰胺纤维作增强纤维,EP作基体树脂,纳米SiO2和聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl butyral,PVB)作增韧剂,通过... 为研究对位芳香族聚酰胺纤维/环氧树脂(Epoxy resin,EP)复合材料的防弹性能及其破坏机制,采用铅芯弹侵彻复合材料靶片。以对位芳香族聚酰胺纤维作增强纤维,EP作基体树脂,纳米SiO2和聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl butyral,PVB)作增韧剂,通过热压工艺制备单向(Unidirectional,UD)结构的对位芳香族聚酰胺纤维/EP复合材料靶片。研究单片纤维面密度、UD片材结构、射击角度和树脂改性对靶片防弹性能的影响;观察弹击实验后靶片的破坏形貌,分析靶片的破坏机制。研究结果表明:对位芳香族聚酰胺纤维/EP复合材料具有优异的防弹性能,随着单层纤维面密度的增大,靶片的防弹性能呈现整体上升、局部上下波动的变化趋势;铺层方式为0°/90°/0°/90°的四层单UD片材(4UD)结构的防弹性能优于铺层方式为0°/90°的两层单UD片材(2UD)结构;角度射击时,靶片的穿透比率更大,背衬凹陷深度(Back face signature,BFS)比率更小;PVB增韧改性EP提升了靶片的防弹性能;纤维拉伸变形破坏、片材分层和基体树脂碎裂是复合材料靶片主要的吸能方式。 展开更多

关键词 对位芳香族聚酰胺纤维 环氧树脂(EP) 增韧改性 单向(UD)结构 破坏机制

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碳纤维三轴机织物/环氧树脂基复合材料的弯折性能

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作者 宗香君 焦亚男 +2 位作者 杨晓亚 何业茂 陈利 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期3270-3278,共9页

以碳纤维为增强材料,平面三轴机织物为增强体结构,环氧树脂为基体,通过真空辅助树脂传递模塑技术(Vacuum assisted resin transfer molding,VARTM)制备了碳纤维三轴机织物增强环氧树脂基(Triaxial woven fabric/epoxy resin,TWF/EP)复... 以碳纤维为增强材料,平面三轴机织物为增强体结构,环氧树脂为基体,通过真空辅助树脂传递模塑技术(Vacuum assisted resin transfer molding,VARTM)制备了碳纤维三轴机织物增强环氧树脂基(Triaxial woven fabric/epoxy resin,TWF/EP)复合材料。借鉴金属材料薄板弯折性能试验方法,采用万能试验机开展TWF/EP的弯折实验,探究其弯折性能和损伤机制。研究结果表明:TWF/EP复合材料的弯折强度和模量与纤维束规格呈显著正相关性,与角度呈负相关性。在0°~30°范围内,TWF/EP复合材料的弯折性能变化幅度较小,表现出准各向同性。TWF/EP复合材料的力学响应表现为脆断,破坏模式分完全折断和不完全折断,TWF/EP复合材料的弯折断裂机制主要为纯剪切破坏、压剪耦合破坏及拉剪耦合破坏。 展开更多

关键词 碳纤维三轴机织复合材料 弯折性能 损伤力学模式 各向同性 力学响应

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碳化硼陶瓷/超高分子量聚乙烯复合装甲板抗12.7 mm穿甲弹侵彻过程中陶瓷的碎裂行为 被引量：2

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作者 贾楠 焦亚男 +3 位作者 周庆 何业茂 陈利 万喜莉 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期3571-3582,共12页

陶瓷/UHMWPE复合装甲板以其轻质高强的优异性能广泛应用于弹道防护领域,其通过陶瓷的破碎与背板的变形破坏耗散弹丸动能,其中陶瓷的破碎吸能是消耗动能的主要模式。因此,分析陶瓷的碎裂过程及损伤演化特性,对优化陶瓷复合装甲的防护性... 陶瓷/UHMWPE复合装甲板以其轻质高强的优异性能广泛应用于弹道防护领域,其通过陶瓷的破碎与背板的变形破坏耗散弹丸动能,其中陶瓷的破碎吸能是消耗动能的主要模式。因此,分析陶瓷的碎裂过程及损伤演化特性,对优化陶瓷复合装甲的防护性能具有重要意义。本文以碳化硼陶瓷(B_(4)C)作为面板材料,超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)层压板作为背板材料,通过真空袋膜压工艺制备B_(4)C/UHMWPE复合装甲板。采用54式12.7 mm穿甲弹以弹速(488±10)m/s侵彻复合装甲板,研究复合装甲板的抗侵彻性能;基于X射线计算机断层扫描(X-ray computed tomography,CT)技术和断口形貌观察,分析复合装甲板的弹道侵彻响应机制及B_(4)C陶瓷的破碎行为和特征参数。研究结果表明:B_(4)C陶瓷的破碎区域呈现双圆台状;陶瓷的响应区域包括陶瓷板背面的超前破碎区、弹道侵彻后剩余的陶瓷板、弹丸正下方的碎片-完全粉化区;B_(4)C陶瓷内的自由面锥角与复合装甲板的抗穿甲弹侵彻性能存在明显正相关性;B_(4)C/UHMWPE复合装甲板的响应过程包括冲击波传播过程及诱导陶瓷内自由面生成、B_(4)C陶瓷的破碎过程、UHMWPE层压板的压缩-剪切-拉伸的耦合过程。 展开更多

关键词 碳化硼陶瓷 复合装甲板 12.7 mm穿甲弹 陶瓷破碎 超高分子量聚乙烯 CT分析

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