陶瓷/垫板盔甲弹道损伤机制

最近的一项研究发表在杂志上亚博网站下载为设计提供了方法和参考数据陶瓷/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强树脂基复合材料的高安全性能的铠甲。

研究:调查的残余强度和破坏机理陶瓷/ UHMWPE弹道测试后的铠甲。图片来源:Azovsky / Shutterstock.com

背景

陶瓷材料具有低密亚博网站下载度、高硬度和耐磨性,但缺乏能力承受紧张或弯曲。因此,当它们用于防护铠甲,可以抵御子弹穿透,他们需要一个艰难的背面电极。由于其优异的高温和耐冲击,陶瓷广泛应用于穿甲燃烧弹和射弹碎片。

前后表面的陶瓷复合目标的子弹撞击之后。(一个)整体陶瓷面板组合目标(一颗子弹击中)Lift-Front和右后卫;(b)拼接陶瓷面板组合目标(两个子弹击中)Lift-Front和右后卫。图片来源:陈,Z et al .,材料亚博网站下载

陶瓷/垫板铠甲硬,脆性陶瓷在前面和一个可变形的材料。不同物理性质的正面和背面层干扰弹碎片的渗透。挑战是实现最优配置和最低面积密度铠甲用于军用装甲车、武装直升机、和身体防护装备。

低成本、轻质陶瓷/垫板铠甲是抵抗严重威胁一个相对更好的选择。广泛研究了结构、材料特性、和弹道损伤机制的盔甲寻找更好、更健壮的铠甲。

这项研究

在目前的研究中,研究人员调查了陶瓷/支持板甲的弹道损伤机制及其残余承载力。

他们首先准备一系列轻型铠甲的陶瓷/ UHMWPE盘子。而陶瓷板前面,UHMWPE垫板,它被命名为陶瓷/ UHMWPE护甲。高强度纤维铠甲都淹没了。

使用了两种类型的陶瓷盘子——积分或拼接——他们受到射击实验,团队达到陶瓷/ UHMWPE铠甲与一个或两个子弹,然后他们进行压缩测试。

铠甲和裂纹扩展法的故障模式进行了探讨和比较不同的陶瓷/ UHMWPE铠甲。作为最后一步,研究人员介绍了剩余强度评估的安全铠甲撞击破坏和讨论了装甲安全影响因素。

压缩复合靶板的破坏形态与整体陶瓷面板。(一个)标本卸货后的正面;(b卸载后)的标本;(c)陶瓷面板的止裂层:让一些表面陶瓷碎片带走了止裂布,和权利表面陶瓷碎片被重置;(d)的复合钢板的止裂布。图片来源:陈,Z et al .,材料亚博网站下载

结果

结果表明,陶瓷脆性断裂的主要失效模式是陶瓷/ UHMWPE铠甲。压缩曲线上的多个交错模式观察表明,样品已经通过以下阶段:1)裂纹扩展,2)陶瓷碎片重组,3)塑性变形的UHMWPE垫板,4)层间撕裂,5)整体断裂。

陶瓷表之间的错位拼接的失败的主要原因是陶瓷/ UHMWPE铠甲。所表示的压缩曲线光滑,没有复合陶瓷碎片或层间剥离发生在压缩。

陶瓷/ UHMWPE铠甲与弹道损坏没有及时休息和最大负载下失败。陶瓷板的结构和厚度的残余强度的影响。在相同的结构,厚度的增加导致了残余强度的增加,尽管他们的关系并不是线性的。拼接盔甲的残余强度高在同样厚度。

残余强度也与照片的数量。例如,残余强度的盔甲被两个子弹击中后只有三分之一的力量被一颗子弹击中后。

形态学的目标板拼接陶瓷面板在加载测试。(一个)开始加载;(b50%的最大负载下);(c80%的最大负载下);(d最大负载下)。图片来源:陈,Z et al .,材料亚博网站下载

结论

在这项研究中,一系列轻质陶瓷/ UHMWPE铠甲。的射击试验表明,防弹性能准备铠甲会见了美国防弹标准要求。

由于不同大小和配置的陶瓷、铠甲显示属性变化压缩破坏行为,弹道损伤机制,残余承载力。陶瓷/ UHMWPE铠甲显示不同的压缩试验结果和压缩失效模式在弹道测试中因为不同配置的陶瓷板。压缩曲线上的锯齿形阶段看到证实,陶瓷碎片形成了pseudo-integral陶瓷板,很快就被迅速摧毁了。

拼接陶瓷/ UHMWPE装甲完全发挥其承载能力,证实了其光滑曲线在压缩试验曲线相对陡峭的斜坡,类似于一个统一的材料。所有的铠甲最初设计变形,然后打破了在最大负载下,这表明即使子弹射击伤害,陶瓷/ UHMWPE铠甲可以函数通过变形,因此保护财产和生命安全。

剩余强度是一个称职的参数在寿命预测和弹道损伤后结构安全评估。准备的承载力装甲厚度的影响,配置,和破坏模式的陶瓷。生产过程中防护装甲设备、服务等因素条件下,生产成本,保护水平要求需要考虑而决定陶瓷板app亚博体育的厚度。

源

陈,z;徐,y;李,m;李,b;歌,w;肖,l;程,y;贾,美国调查残余强度和破坏机理的陶瓷/ UHMWPE弹道测试后的铠甲。亚博网站下载材料2022、901。https://www.mdpi.com/1996-1944/15/3/901/htm

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