聚脲作为新兴防护材料,广泛应用于钢板、复材等装甲结构,来提高复合结构的防护性能。研究聚脲涂层防护效应,分析失效机理,可以为抗爆、抗弹复合结构的设计提供一定的理论支撑。以聚脲材料基本力学性能以及爆炸冲击下的动态力学行为为基础,研究聚脲涂覆钢复合结构抗侵彻效应、抗爆效应。完成的工作及获得成果如下:(1)通过准静态、动态拉伸和压缩力学性能测试,掌握聚脲材料在中低应变率(0.001/s~4000/s)下的力学行为响应,获得各应变率下应力-应变曲线,明确聚脲材料应变率效应及应变硬化率随真实应变变化规律,发现在准静态测试中,聚脲材料应变硬化率随应变增大而增大;而在动态测试中,应变硬化率随应变增大而减小。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)对试验回收试件进行微观观察,研究聚脲试件在拉伸、压缩一维应力波加载作用下内外表面损伤失效规律,分析发现大量裂纹撕裂组织,该现象可认为是导致材料失效的原因。(2)通过弹道枪进行破片加载试验,掌握了裸钢板、迎弹面涂覆钢板、背弹面涂覆钢板三种复合结构抗35CrMnSiA钢弹体高速侵彻性能。主要研究在单位面密度条件下,聚脲涂层和整体复合结构对结构弹道极限、能量吸收增量的影响,分析发现:背弹面复合结构中,无论聚脲涂层还是整体复合结构,对两指标的增量要高于迎弹面结构;基于扫描电镜微观观察结果分析了聚脲涂层破口处脱落试件失效机理,发现高应变率加载下聚脲材料表现出一定的脆性,且呈现出明显的剪切、拉伸失效模式。(3)通过对聚脲涂覆钢复合结构进行静爆载荷加载试验,掌握了裸钢板、迎爆面涂覆钢板、背爆面涂覆钢板三种复合结构的抗爆效应。一方面研究等面密度条件下,聚脲涂层厚度对聚脲涂覆钢复合结构抗爆效应的影响,分析发现:聚脲涂层厚度对复合结构抗爆性能提高有着抑制作用;另一方面研究等钢板厚度的条件下,不同涂覆方式对复合结构抗爆效应的影响,分析发现:背爆面聚脲涂层凭借优异的延伸率等特性,反向抑制了钢板变形破坏,从而提高复合结构抗爆性。同时采用扫描电镜对脱落聚脲涂层进行微观分析,研究表明:爆炸载荷加载下的涂层发生较为明显的剪切、拉伸失效。