层合结构复合材料抗弹机理研究及模拟仿真

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1、中图分类号：TB333论文编号：102870615-S080学科分类号：080503硕士学位论文层合结构复合材料抗弹机理研究及模拟仿真研究生姓名刘国繁学科、专业材料加工工程研究方向复合材料指导教师陈照峰教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二Ο一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyStudyonnumericalsimulationofballisticdamagemechanis

2、msoflaminatedcompositesAThesisinMaterialsProcessEngineeringbyLiuGuofanAdvisedbyProf.ChenZhaofengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch，2015承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在老师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及

3、的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：摘要现代战争对航空装甲提出了极为严苛的要求，不仅要保证装甲的防护性能，还要最大限度的减轻装甲重量。层合装甲是将多种具有优异防护性能的材料进行结构优化配置并通过粘结等连接方式复合而成。本论文设计并制备了一种能抵抗多发弹侵彻的轻质层合结构复合材料，即层合装甲。重点研究了12.7

4、mm穿甲弹侵彻层合装甲的过程和及其损伤机理，并模拟仿真了弹体侵彻过程。本论文主要研究内容为：（1）基于对防弹陶瓷、金属装甲和高性能纤维增强基体复合材料等材料防护性能的理解，选用Al2O3陶瓷、TC4钛合金和超高分子量聚乙烯纤维复合材料（UHMWPE）成功制备了两组Al222O3陶瓷柱面板层/TC4/UHMWPE/TC4层合装甲，其面密度分别为8.75g/cm和9.575g/cm，面密度相比常见金属装甲和陶瓷/金属层合装甲有了极大的减小。（2）根据国军标GJB59.18-1988，使用12.7mm穿甲弹对层合装甲进行了射击实验。根据各层材料的损伤模式，分析了

5、陶瓷柱的破碎耗能机理、UHMWPE板的抗弹吸能机理和TC4板的绝热剪切冲塞破坏机制，并根据背板层TC4板的破损程度对装甲进行了防护等级评定。（3）采用有限元软件，分别模拟了弹体侵彻一颗陶瓷柱、两颗陶瓷柱和三颗陶瓷的情况，对比实验和模拟发现各层材料毁伤特征基本吻合，模拟表明弹体侵彻不同区域时，装甲防护性能差别不大而且陶瓷柱面板层损伤区域主要集中在弹着点附近，陶瓷柱连接形态成功解决了面板层防护性能一致性问题。关键词：层合装甲，模拟仿真，动力学分析；陶瓷柱，抗弹吸能机理iAbstractInordertomeettheneedsofthemodernwarfar

6、e,armorweightmustbereducedasfaraspossibleonthebasisofexcellentbarrierproperty.Laminatedarmoraremadeoftheoptimizedstructureofexcellentprotectiveperformancematerialandbondedbyadhesive.Alightweightlaminatedcompositewiththeabilityofantimultipleprojectilehitwasdesignedandpreparedinthis

7、thesis,alsoknownaslaminatedarmor.Theballisticmechanismandtheprocesspenetratedby12.7mmarmorpiercingincendiary(API)oflaminatedarmorwerestudybyexperimentalandnumericalsimulation.Themainresearchcontentsareasfollows:(1)Basedontheunderstandingofceramic,metalandhighperformancefiberreinfo

8、rcedcompositescharacteristics,two