【摘 要】
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装甲防护技术未来的主要发展趋势之一就是轻量化,在实现提高防护结构防护效能的同时降低装甲的重量,提高躲避打击的可能性。碳化硅陶瓷相对于氧化铝陶瓷而言具有更好的力学性能和更低的密度,在工业生产、军工建设、航空航天等领域中有广阔的应用前景。本文通过分离式霍普金斯压杆装置研究讨论了碳化硅的动态力学行为特性,并利用数值仿真软件系统地分析碳化硅复合装甲的抗弹性能,揭示其抗弹性能的机理,同时根据得出的结论设计了
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装甲防护技术未来的主要发展趋势之一就是轻量化,在实现提高防护结构防护效能的同时降低装甲的重量,提高躲避打击的可能性。碳化硅陶瓷相对于氧化铝陶瓷而言具有更好的力学性能和更低的密度,在工业生产、军工建设、航空航天等领域中有广阔的应用前景。本文通过分离式霍普金斯压杆装置研究讨论了碳化硅的动态力学行为特性,并利用数值仿真软件系统地分析碳化硅复合装甲的抗弹性能,揭示其抗弹性能的机理,同时根据得出的结论设计了一种更为优秀的复合装甲结构。主要工作如下:（1）对碳化硅陶瓷开展准静态和动态的单轴压缩实验,证明了碳化硅陶瓷的应变率-强度关系仍然符合Famesh函数关系,临界应变率为500-1,特征应变率为3000-1;从裂纹扩展的原理出发,通过对陶瓷破坏产生的碎片的SEM电镜实验图像的观察后,在宏观和微观角度解释了碳化硅应变率效应产生的原因,同时提出材料的孔隙率和粉末形状差异可能是碳化硅陶瓷应变率敏感性低于氧化铝陶瓷的主要原因。（2）在Florence模型基础上,通过能量定律对子弹变形能,金属面板绝热剪切能进行分析,建立了柱形弹侵彻陶瓷/金属三明治板的改进Florence模型。并对推广模型进行了实验验证和数值仿真方面的验证,经过验证,相对于Florence模型,新模型的精确度提高约20%,且不同于原模型,新模型适用于夹层板结构弹道极限速度的预测,且新模型考虑了子弹质量损失,因此新模型在高速侵彻时仍然保持了较高的精度,在高速加载时误差小于1%。（3）利用LS-DYNA数值仿真软件建立了穿甲弹打击包覆陶瓷装甲的数值模型,将数值模拟结果与实验数据对比证明了仿真结果的精确性。根据模拟结果建立了单层包覆分块陶瓷复合结构的数值模型,系统地对比了分块陶瓷的形状对其抗弹性能的影响,发现六边形分块形状要优于四边形分块。由于分块陶瓷会在连接处存在天然的缺陷,利用已经得到的结论,在考虑了陶瓷装甲的约束效应和分层效应后,建立了一种双层包覆陶瓷复合装甲结构,经过数值分析研究发现新模型在缺陷处的防护能力较原来提高了14.8%。
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