陶瓷-纤维复合靶板是当前轻型防护工程中常用的装甲结构。对于复合装甲的弹道性能国内外学者已经进行了大量的研究,然而对于硬质弹芯和陶瓷-纤维复合靶板作用过程中的破碎特征研究相对较少。弹芯和陶瓷材料的破碎情况对整体复合装甲的防护性能存在较明显的相关性。本文利用12.7 mm的穿甲燃烧弹正侵彻SiC陶瓷-纤维复合靶板,在保证复合靶板面密度相近的情况下,设计了3种不同厚度比的Kevlar/SiC-碳纤维增强环氧树脂基复合材料(T300)-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合靶板。通过观察回收的弹芯和陶瓷-纤维复合靶板的整体破坏形貌,分析了弹芯和纤维层合板的主要损伤模式。同时对回收的弹芯和陶瓷碎块进行多级筛分称重处理,得到了复合靶板在不同厚度比下弹芯和陶瓷的碎块质量分布符合幂律分布规律。实验结果表明:9 mm SiC+4 mm T300+10 mm UHMWPE的厚度组合在3种不同厚度比中的抗侵彻性能最优,将1 mm厚的SiC陶瓷替换成1 mm厚的碳纤维T300在降低质量的同时可以提高复合装甲的防护能力。复合靶板的失效破坏模式包括陶瓷在高速冲击下形成陶瓷锥和径向裂纹。UHMWPE层合板由拉伸波造成的层间分离现象,背部凸起永久塑性变形及主要为剪切力导致穿孔失效。碳纤维T300层合板损伤形式主要是剪切力导致的十字型脆性断裂,同时伴随冲塞碎块的脱落。弹芯头部主要呈现粉碎性磨蚀破碎,对于较大的弹芯碎块主要是由剪切应力和拉伸应力共同作用下的拉剪失效断裂。陶瓷-纤维复合装甲理想模型是在陶瓷后加入较高刚度的弹性材料同时背板应选择具有高抗拉强度及良好冲击韧性的材料。
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