复合材料弹道性能的实验与估算.pdf

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1、 一 f 复合材料弹道性能的实验与估算 北 京 航 空 航 天 大 学 壁 佐 光 宋 焕 梁 志 勇 李 岩 白 长 河-_ _-一_ _一 1)I 通 过 玻 璃纤 维 双马 树脂、芳 纶 缩J。醛 复 合 材 料 靶 扳的 实 弹 实 验+获 得了 不同 面 密 度 复 合 材 料 靶 板的 抗 弹 在能数据+在分析实验数据的基础上建立了 复合材料靶 扳弹击后能量吸收E和弹道极限速度 。的 理论估算 式+井 求 得 单 位 面密 度 上 的 能 量 吸 收 值 B P I 文 中 所 得 结 果对 防 弹 复 合 材 科 的 进一 步 研 究 和 复合 材 料靶 板 设 计 有 参 考

2、价 值 关 词 复 合 材 料 一、引言 靶 板 复 合 材 料 用 作 防 弹 材 料 越 来 越 多 a 合 理、快 速 评 价 复 合 材料 防 弹 能 力 是一 个需 要 研 究 的 蓐 要 课题 L 叫 目 前 虽 然 有 不 少 学 者 从 能 量 吸 收 角 度 来 考 察 防 弹 材 料 的 弹 道 性 能，但 是作 为 公 认 的 弹 道 性 能 指 标 仍 较 普 遍 地 采 用 弹 道 极 限速 度。：即 对 应 于一 定 口径 和 重 量 的 子 弹+以 V 的 速 度 穿 透 靶板 的 几 率 是 S O =4|。复 合 材 料 与 传 统 的 金 属 材 料 不 同

3、 传 统 的 金 属 材 料 平 板 在。有 限 的 范 围 内，可 以 进 行 多 弹 射 击+只 要 弹 点 问 相 隔 个 合 适较 小 的距 离+各 弹 间的 实 验 数 据 将 互 不 影 响。而 复 合 材 料 不 同 要使 各 弹 问不 互 相 影 响 t弹 点 与 弹点 之 间 需 要很 大 距 离+甚 至 不 能 在 同 一 靶 板 上 进 行 多 弹 实 驻。可 见 测 复 合 材 料。值 是 项 实 验量 很 大 的 工 作 然 而 国 内 对。的 测 试 币 段 还 不 够 完 善+常 用 最 接 近 穿 透 与 来 穿 透 的 掸 速 的 平 均 值 或 用 夹 弹

4、时 的 速 度 作 为 o t 用 这 种 方 法 测 试 不仅 误 差 较 大 而 且 做 起 来 也 是 较 费时 费 力 的。另 外 通 常 的 V*测 试 对 靶 的 厚 度 或 其 面 密 度 有一 定 的 要 求+很 薄 的 靶 板 的 o 测 试 值 误 差 很 大 t有 的 根 本 就 测 不 出 来。但 要 做 成 面 密 度 大 的 厚 板 很 费 材 料 相 应 的 实 验 费 用 也 增 加。墟 于此，本 文 采 用 了一 个 新 的 指 标 来 评 价材 料 的 弹 道 性 能 即 用 单 位 面 密度 上 的 能 量 吸 收B P I(J )：井 通过 测 试 该

5、材 料 的 B P I 值 间接 地 估 葬 出 它 的。值 a 虽 然 B P I值 也 要 通 过 打 靶得 到+但 它 测 试 时 所 需 子 弹 射 击 的 次 数 要 少 所 用 材 料、所 需 时 同 也 较 。的 测 试 要 节 省 而 且 用 B PI值 得 到 的 u 的 半 经 验 公 式+可 以 给 出 这 种 材 料 在 任 面 密 度下 的 理 论 估 葬 值。所 以 对 于 比较 复 合 材 料 弹 道 性能、对 靶 板 进 r 优 化设 计 方 面，具 有 较 大 的 实 用 价 值。二、实 验 部 分 1 原 材 料 (1)增 强 材 料 本 实 验所 用 增

6、强 材 料 主 要 是 玻 璃 纤 维 编 织 物 和 芳 纶 编 织 物+其 性 能 分 别 见 表 1、表 2。衰 1 玻 璃 纤 堆 编 织 物 性 麓 参 数 密虞 强度 面密度 厚度 编织【牌号 原纱支数，股 来源(结 点 厘 米)(tv a)哩 佃?)(r r L m)方 式 Hw l4。经 l 纬 经 l纬 经 l纬 4 0，2 l Z O U 1 1 6 0 l l 1 5 平 纹 北 京2 5 1 r 衰 2芳 纶 编 织 物 性 能 参 数 纤 维 密 度 面 密 度 厚 度 编 组 断 裂 藕 荷 牌 号 来 源(d e x)(结 点，厘 米)(k 佃)(r r Lm)方

7、 式(N5 c m)I 一经 纬 经 纬 经 纬 平 纹 AKZ0(2)基 本 材 料 双 马 来 酰 亚 胺 体 系(北 京 航 空 工 艺 研 究 所 提 供)缩 J 醛 体 系(市 售)28 2 靶 板 制 备 与 参 数 玻 璃 纤 维 复 合 材 料 靶 板是 采 用 刷 腔 法 铺 叠 而 成 t 井 用 热 压 罐 固 化 成 型+芳纶 复 舍 材 料 靶 板 是 采 用 胶 膜 法 铺 I 9 9 4年 6期 维普资讯 http:/ 叠 而成+井 用 热 压 机 同 化 成 型 各 靶板 的 有 关 参 数 列 于 表3。裹 3靶板 编 号 殛 参 数 面 密 度 靶 板 甜

8、稽 音 量 描 料 娄 础 屠 毁 编 号 (I )(1【g m)玻 纤“马 B _ 2 琏 纤“1 9 9 B-3 玻 纤，双 马 B-4 玻 纤 双马 B 8 5 B _ 5 琏 纤 双 马 5 2 7 玻 纤 双 马 B _ 7 琏 纤 j 弭_ 屿 玻 纤，双 马 B-9 玻 纤i 瑕马 0 7 5 6 F_ 1 芳 纶，缩 丁 醛 F-2 芳 纶 端 丁 醛 F_ 3 劳 纶，埔 丁醛 枪 测 速 板 靶 扳 0 B 靶 试 条 件 靶试 在 中 科 院 力学 所进 行。玻 纤 双 马 靶 板 用 弹 为：尖 头 弹-弹 体 质 量 7 7 g 芳 纶 缩 丁 醛 靶 板 用 弹 为

9、 弹 体 为 卵 形 t弹 体 质 量 56g。靶 试 装 置 如 图 1所 示。兰、实 验 数 据 处 理 与 结 果 分 析 】琅璃 圩 堆 双 马 槲 脂 复 台 材 料 靶试 螬 果 分 析 袭 4列 出 了 玻 璃 纤 维 双 马 树 脂 复 合 材 辩 靶 板 弹 击 后能 量 吸 收 值 E A 用 表 B与 表 4的 数 据 作 图 一可 得 到 图 2。由 图 2可 明 显 知 道 玻 璃 纤 维 双 马树 脂 复 合 材 料 在 弹击 时 能 量 的 吸 收与 面 密 度 戚 很 好 的线 性 关 系。这 是 因为 靶 板 增 厚 一参 与 抵 抗 子 弹 攫锢 的纤 维增

10、 多-因而 抗 弹 性 能 提商。对 圈 2作 线 性 回归 处 理 后+可得 到 直 线 程 EA一 77 5 AD+08 2 (1)圈l靶 试 装 置 示 意 图 裹 4犯 板 能 量 吸 收 E A的 测 试 编 号 E A 一 m v 一 专m v f I A(J)l t竹 1 2 sl 2 0 B-i 00O 1 一 I 一 竹 W B-3 26i1 37 l J、j 3 l 2 3 ，1 41 23 EA 期 2 ，vi f E A 5 1 4 呵见 t该 复 合 材 料靶 板 的 B P I 值 为 7 7 5(J m l k g)。材 料 工 程 报 据 的 定 义-可 设 弹

11、 击 穿 靶 板 后 剩 余 连 度 为 零 2 9 维普资讯 http:/(v 0，时 的 蕾 靶 违 悭 V 近 似 为 u 即 有：一 利 用 E 一 BPI-Ar)所 j 即 有(2)且 有 tl 0 I l l 2【j 3 0 4 0 5 0 60 7 0 8 O m 2 图 2 破 鹕 纤 维 树 脯 复 台 材 料 在 掸 击 时 的 能 吸 收 与 而 惭 崖 关 系 这 样 建 立 丁 V与 B P I的 戈 系=因 此 只 要 通 过 少 量 的 试骑 求 出 某 种 复 合 材 料 的 B P I值 便 可 以通 过 式【3)估 算 山 妾 种 复 合 材 料 在 任意

12、向 密 度 F的 V一值，这时 靶 板 的 设 计 是 十 分 有 意 义 的 表 5列 出 -玻 璃 纤 维，双 马 树 脂 复 合 材 料 靶 板 的 弹 道性 能 有 宴 酬 值 与 理 论估 算 值 比较 由表 5可 见 在低 A D 下 E A 的 估 算 值 i 蛮 测 值 吻 合 而 在 离 A I)下，u，的 理 论 估 算 值 宴 测 值 有 偏 即：理 论 估 算 的 V 值 要 比 宴 测 值 低。从 圈 s可 明显 看 出这 种 的 理 论估 算 与 宴 测 的 偏 值 与 血 密 度 有定 戈 系 表 5 各 靶 板 弹 道 性 能 的 实 验值 与 估 算 值 比较

13、 An KA EA V 编 号 偏 蓦(k R n,z (J)(J (m s j (m j t 2-2 B-1 2【：、。79 7 ll 9 s 2 L 0 l L 1 00 0 (J)圈 3理 I仑 u 曲 线 与 寓 测 V u 曲 线 的 比 较 通 过 表 6 可 求 得 该 种 复 合 材料 的 修正 系 数 K l 5 01=因 此 最 终 的 估 算 式 为：一 c l _ 5：t：0 1)A D 裹 6各 靶 板 修 正 系数 靶 饭 缩 号 AD(I 氍 m?)(m s J 戎 B-9 对于 玻 璃 纤 维 双 马村 脂 复 合 材 料 靶 板 而 言 取 B P I 7 7

14、5(J I I l 2 )当 m 一 7 7 g时-则 有 一4 1 8 T A D+(1 5。1)A D【7)根 据 式 7)作 图 可 得 到 图 4 可 见 修 正 后 的 c 理 论 估 算 值 与 实测 值 有 较 好 吻 合，200 0 E 1 o0 0 0 0 5 0 1 00 l 50 2 0【)250 3 0 u AD 1 m 图 4 修 正 后 的 理 估 算 曲 线 与 蛮 测 值 较 2芳 轮 缩 丁 醛 复台 材 料 靶 板 实验 分 析】9 9,1年 6期 维普资讯 http:/ 表 7 图 E 6绗 出 1 芳 纶 鲻j醛 复 台 材 料 靶 板 的 弹 道 性

15、能 从 L宴 验 t 以 再 1 l I 嚣 纶 复 赍 材 3F=I 粑 板 电 有 尝 似 玻 璃 纤 维 复 赍 私 耙 板 的 规 律 表 7 芳 纶 缩 丁 醛 复 合 材 料 靶 板 的 弹 道 性 能 一 B 板 A【】r AI)EA V 骗 号 n l )(k ，L I J d0 臣 同 持绝端5婿 复 台 材 抖 粑 板 0”盘 系 AD k g m 等纶 J iff复 音 材 料 钯 械-与 AI)之 阻l 关 系 阍 前 分 析 一 对 于 芳 纶 增 J醛 复 台 材 料 靶 板 则 有：E 一 70 75A D 80【9 ()一 44j0A Df+1【164 9)利

16、用 式(8)式(9)可 以 预 估 不 同 厚 度 的 芳 纶，缩J 醛 复 台 材 料 靶 板 的 弹 道 性 能。四、结论 【一在 本 实 验 所 用 材 料 的 庸 况 下 其 复 台 材 料 靶 板 的 能 量 吸 收 E A 与 靶 板 山 寄 度 或 靶 板 纤 维 皿 密 度 均 成 线 性 戈 系!BP I指 标 不 仅 可 直 接 用 坪 价 复 台 材 料 靶 扳 的 抗 掸 能 力 同 时 还 可 肚 由 B PI间 接 地 估 辑 出 值 3 文 中 在 实 骑 础 上 建 立 的 E1、与 V 估 算 式 可 用 于 粪 复 合 材 料 相 膻 抗 弹 眭能竹 算-H

17、估 算 值 与 实 际 值 比 较 咖 台=丝 对 于 防 弹 复 台 材 抖 的 研 究 厦 靶 板 的 优 化 战、f存 重 要 的 参 考 意 义。参 考 文 献 1 1 1 S【)一6 62 E=J J BR()w e t a 1 I ll i 1 k P I x r l ic )J()|l l】s m_【l s l J r r l P|1 r r 1 E(l g S9 j F F I(【K】A r 】h h r E )f I l h l E EL F L l r lI P r f【T (LI)I 8 2 I 1 t)H o b l i h c d I a f|l L k Ar ,y、

18、a 1 I r k【t J I E h、“hx|l _ 9(I 9 7 Jj E nd【)L【9 7 航 空 非 金 属 材 料 商 品 红 外 光 谱 标 准 谱 图集 技 术 成 果 通 过 鉴 定 航 空 工、l 总 公 司 科 技 局 十I 99 3 干1 2 月 27 日 在 6 1 l昕 主 持 召 开 r航 空非 金 属 材 料商 晶 红 外 光 谱 标 准 谱 圈 集 技 术 成 罄 定 会 定 委“尝 由 固 内 著 名 光 谱 学 家 材 料 家 北I I几 组 成 一中 刊 院 院l粱 晓 天 任 土 任 委 址。参 加 攀 定 会 的 还 有 航 宅 非 金 属 材 料

19、 各 专、l 代 表 3 0 泉 凡。在 攀 定 会 上，课 题 负 责 几 作J 航 空 非 台 届 材 料 商 她“虾 光 谱 标 准 谱 圈 集 研 制报 告、红 外 标 准 谱 图使 用 效 益 分 析和 试 点 单 位 使 用 证 明材 抖 介 并 对 到 会 专 家、代 表 提 山 的 问 题 作 丁 答 辩 经 过 攀 定 委 员 会 的 氨 研 究、讨 论致 1 为 6 2【所 研 制 成 功 的“航 空 非 金 属 材 料 商 品 红 外 J 匕谱 标 准 谱 圈 集”为 国 内 首 创，达到 了 国 际 司娄 谱 圈 集 的 先 进 水平 是 我 国 红 外 谱 围 库 中

20、 重 要 的 商 品 诺 图-适 用 性 优 于 国 际 通 用 的 d d 商 谱 图 有 些 谱 图 质 量 超 过 d d e r商 占 占 谱 图：并 认 为，由于 本 谱 图 集 的建 立，对 航 空 非 金 属 材料 的 质 量 控 制 将 从 物 理 和 力 学 性 能 扩 展 到 化 学 成 分 的 控 制-从 而 把 航 空非 金属 材 料 的 质 量 控 制 提 高到 十 新 的 水 奉 惜 圈 集 绝 大 部 分 谱 图 已 发 表 于 30【所1 99 3年 出 版 的 航 空 l 厂,l k0 5准(标 准 编 号：HI 3 54 9 0 9【)并 将 在 我 国 航 空 工 厂 推 广 应 用=(熊 太 爻)维普资讯 http:/