陶瓷材料的抗穿透机理及陶瓷锥演化的数值模拟

陶瓷材料的抗穿透机理及陶瓷锥演化的数值模拟

一、陶瓷材料的抗侵彻机理和陶瓷锥演化的数值模拟(论文文献综述)

李旺辉,奉兰西,张晓晴,姚小虎[1](2021)在《极端条件下碳化硅的变形、损伤与破坏研究进展》文中研究表明碳化硅作为重要的陶瓷和半导体材料,在国防军工、航空航天等应用领域和高压物质科学等方面具有重要的应用研究和科学价值。本文对动加载下碳化硅的变形、损伤和破坏等物理力学行为和特性研究进行了梳理,分别从实验研究和计算模拟角度概述了碳化硅在不同加载条件和微结构下的变形与破坏行为研究进展,总结归纳了碳化硅材料动态响应相关研究的若干现存问题,并展望了该领域内几个重要的发展方向,以期为相关群体的研究工作提供有益参考。

李素云[2](2018)在《石墨烯增强复合材料抗侵彻机理研究》文中研究说明本文以北京航空材料研究总院生产的石墨烯增强铝基SiC复合材料复合装甲板作为研究对象,对石墨烯增强铝基SiC复合材料进行静态力学试验、动态力学试验(SHPB)等力学基础试验,研究了石墨烯增强铝基SiC复合材料在静态及动态试验加载条件下的力学性能,并得到该材料在不同应变率下的应力(stress)-应变(strain)曲线关系。通过对力学试验的试件进行试验前后的微观形貌观察对比,并且进行弹道枪试验,对石墨烯增强铝基SiC复合材料在抗侵彻作用下的失效机理进行了研究。通过对力学试验数据进行参数拟合,以此进行数值仿真计算,与试验结果进行对比分析。通过拟合石墨烯增强铝基SiC复合材料在静态压缩力学试验及SHPB试验结果数据,得到了材料从0.001/s应变率到高应变率2200/s到5200/s下的应力-应变关系,得到了石墨烯增强铝基SiC复合材料的Johnson-Cook(JC)本构模型参数及Cower-Symonds(CS)本构模型参数。对石墨烯增强铝基SiC复合材料复合装甲板进行弹道枪试验。使用高强钢破片对靶板进行不同速度下的侵彻试验,得到靶板在高速侵彻作用下的破坏形式。通过微观形貌分析可知,石墨烯增强铝基SiC复合材料在微观条件下的主要微观断裂机理:铝基体发生强烈塑性变形,其中SiC颗粒细化随塑性带流动,导致铝基体与SiC陶瓷颗粒界面分离。运用显式有限元分析软件AUTODYN对弹道枪试验结果进行仿真验证,仿真结果表明:1)随着破片撞击速度增加,石墨烯增强铝基SiC复合材料板破坏形式急剧增加;2)随着石墨烯增强铝基SiC复合材料板厚度增加,其表现出明显的厚度优势;3)当破片侵彻靶板时,靶板剩余厚度不足25mm时会形成斜45°锥形变形区域,当变形区域破裂形成明显裂纹时,破片即能穿透靶板,说明靶板具有明显的厚度优势;仿真计算得出,43mm靶板的弹道极限约为985m/s,与弹道枪试验过程中43mm靶板的弹道极限约在957.52m/s1075.37m/s区间误差范围为:3%-8.4%.

吴雪[3](2018)在《预应力陶瓷加载过程数值模拟及抗侵彻性能研究》文中指出本文采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的手段,研究了预应力对陶瓷的抗侵彻性能影响规律。通过建立预应力加载的工程模型,对陶瓷加载预应力作用过程进行了理论分析。采用合理的材料本构模型及参数,建立了预应力加载以及长杆弹侵彻加载预应力陶瓷的数值模型,研究了预应力加载过程和长杆弹侵彻过程中陶瓷内部应力变化和加载预应力陶瓷的抗侵彻性能变化规律。基于DOP(Depth of Penetration)试验方法,开展了长杆弹侵彻加载预应力后陶瓷试验研究,得到预应力对陶瓷装甲抗侵彻性能的影响规律,同时,验证了本文数值模型的可靠性。本文主要研究内容如下:(1)预应力加载及冲击载荷作用下陶瓷内部应力分布理论分析基于弹性力学、Hertz接触力学理论,开展预应力加载和冲击载荷作用下陶瓷内部应力状态的理论分析,确定了陶瓷内部应力等值线分布规律。利用该模型对不同预应力加载和冲击条件下的陶瓷内部应力分布进行分析讨论,为之后的数值模拟提供理论依据。(2)陶瓷预应力加载作用过程数值模拟利用有限元计算软件AUTODYN,根据金属材料Johnson-Cook本构模型和脆性材料Johnson-Holmquit-2本构模型,建立陶瓷预应力加载作用过程的数值模型,得到预应力加载过程中陶瓷内部应力随时间的变化规律。通过定义压缩比δ描述加载预应力大小,得到不同压缩比δ下陶瓷内部应力分布规律。(3)预应力陶瓷抗侵彻性能数值模拟在建立的陶瓷加载预应力后数值模型的基础上,对长杆弹侵彻预应力陶瓷及后效靶的过程进行了数值模拟,获得侵彻过程中,陶瓷内部应力变化规律。通过改变长杆弹的撞击速度,得到剩余侵彻深度(residual Depth of Penetration,residual DOP)和预应力大小、长杆弹速度的关系曲线,分析了预应力对陶瓷抗侵彻性能的影响规律。(4)长杆弹侵彻预应力陶瓷实试验研究开展了陶瓷加载预应力实验和长杆弹侵彻预应力陶瓷的试验研究,分析在同一速度下不同预应力陶瓷的抗侵彻性能。对比分析了试验和数值模拟计算结果,进一步确定了预应力陶瓷的抗侵彻性能变化规律,同时验证本文采用的数值模型的可靠性。

苗成[4](2017)在《钛合金及陶瓷复合装甲抗弹性能研究》文中研究说明本文采用万能试验机、霍普金森杆系统、实弹靶试试验、数值模拟计算等方法研究TC4钛合金的静/动态力学性能、动态本构与抗弹效应;钛合金、装甲钢、复合材料等不同背板对陶瓷锥及陶瓷复合装甲抗弹性能的影响规律;基于改进的Florence模型的陶瓷复合装甲的优化设计方法;界面对陶瓷/钛合金复合装甲抗弹性能的影响规律。主要研究内容与结果如下;(1)研究了 TC4钛合金的静/动态力学性能、动态本构关系与抗弹效应。研究结果主要有:TC4钛合金有着明显的应变率效应,无论是拉伸或是压缩,其本构曲线相对静态而言均向上移;随着温度的提高,TC4钛合金的硬化模量随温度升高呈直线下降;随应变率提高,TC4材料的应变强化模量呈下降趋势;取实测的动态本构曲线进行回归,得到针对热轧退火态TC4钛合金的Johnson-Cook模型。对于12.7mm穿甲燃烧弹,TC4钛合金板的极限穿透厚度约为38mm;TC4钛合金板厚在10mm-30mm间厚度效应呈现正效应。TC4钛合金抗12.7mm穿甲燃烧弹倾角效应的基本规律是呈现正效应;对于水平厚度为25.5mm的钛合金板,其跳弹角为62°;钛合金作为基体装甲其角度应大于30°。相比同等面密度条件下的纯钛合金,选择恰当的背板能有效减少钛合金的背部崩落,钛合金/背板匹配结构,应选择阻抗比钛合金低且强度韧性比较高的材料作背板,如铝合金。(2)研究了钛合金、铝合金、装甲钢等不同背板对陶瓷复合装甲中陶瓷锥及抗弹性能的影响。研究结果主要有:随着背板阻抗的提高,陶瓷锥角呈增大的趋势,金属背板结构的陶瓷锥角大于非金属背板结构,这可以增加后续侵彻在背板的作用面积,提高背板的吸能效果,因此金属背板更有利于陶瓷面板抗弹作用的发挥。基于陶瓷锥的研究成果,建立了弹靶作用过程中背板的动力响应模型,得出了弹道极限速度的表达式。同等厚度陶瓷作面板,与不同材料的背板组成复合靶板,在等面密度条件下,防护性能由高到低排列为TC4、7A52、装甲钢、芳纶板、玻纤板,TC4钛合金作背板优势明显。(3)研究了陶瓷复合装甲的优化设计方法。研究结果主要有:引入陶瓷锥角参数,改进了传统的Florence模型,建立了双层陶瓷复合装甲优化设计流程,完成了以A1203、SiC陶瓷做面板,7A52铝合金、685装甲钢、TC4钛合金做背板不同组合的复合装甲优化设计计算,得到各种组合在给定碰撞速度时,靶板抵抗碰撞的最小面密度变化曲线和最小整体厚度的变化曲线,通过实弹靶试验证了陶瓷复合装甲的最小面密度设计准则,理论计算与试验结果较为吻合。针对陶瓷复合装甲的真实服役环境,给出了考虑基体装甲防护能力的陶瓷复合装甲的优化设计方法,并通过试验进行了验证,计算结果与试验结果一致。上述结果均表明钛合金是一种很好的背板材料,既能提高抗弹性能,又能实现复合装甲的减重。(4)研究了夹层对陶瓷/钛合金复合装甲应力波传播与抗弹性能的影响。研究结果主要有:低阻抗的非金属夹层,尤其是玻璃钢夹层,会使应力波发生大幅衰减;金属夹层结构弹丸吸收的能量均小于非金属结构;通过夹层传递到背板的最大应力,非金属夹层结构明显小于金属夹层结构,且随着夹层阻抗的降低,背板的最大应力有降低的趋势;非金属夹层结构的抗弹性能较金属夹层结构好。玻璃钢这类材料在复合装甲中能够阻滞应力波在厚度方向的传播,是一种比较理想的夹层材料。

刘国繁[5](2015)在《层合结构复合材料抗弹机理研究及模拟仿真》文中研究指明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12.7mm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Al2O3陶瓷柱面板层/TC4/UHMWPE/TC4层合装甲,其面密度分别为8.75g/cm2和9.575 g/cm2,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GJB 59.18-1988,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。

魏敖[6](2014)在《包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料研究》文中认为随着现代战争的高科技化发展,装甲防护系统对装甲材料的要求越来越高。陶瓷/钢复合装甲材料不但能够满足高强度、高硬度和高韧性的要求,同时可达到装甲轻量化和提高抗多发弹能力。高强度钢包覆陶瓷复合装甲材料作为一种新型结构的复合装甲材料,通过包覆结构同时发挥两者在抗弹方面的优越性能,金属面板、金属背板及四周金属框架完全包覆陶瓷片,陶瓷片在各个方向均受到金属的施加的边界约束,即使在子弹高冲击力连续作用下断裂,也只产生裂纹直至粉化,因而复合装甲整体抗弹性能提高,尤其是抗多发弹能力将得到明显增强。目前已存在的金属包覆陶瓷复合装甲材料制备工艺复杂、过程难以控制、成本高,而包覆铸造工艺简单易行,过程可控,最重要的是成本低廉。因此,研究包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料的制备工艺,避免制备过程中陶瓷片开裂,具有重要意义。本文以包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料制备工艺为研究对象,采用实验与模拟分析技术相结合的方法,对包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料的浇注工艺选择、陶瓷片同定、壳型结构、预热方法等相关工艺进行整体设计,利用ProCAST软件对浇注过程金属液对陶瓷片产生的热应力进行模拟分析,确定陶瓷片不开裂时,预热温度与浇注温度的最大温差,并进行浇注实验验证。本课题研究的主要内容如下:(1)通过高强度钢包覆95A1203陶瓷复合装甲板熔模精密铸造工艺实验,研究包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料制备工艺。(2)通过文献查询,研究ProCAST软件对应力场模拟过程中所需参数,并进行仿真建模。(3)通过对应力场模拟结果的研究分析,研究充型过程中陶瓷片厚度及预热温度与浇注温度之间的温差对内部陶瓷片热应力的影响及规律。(4)通过对陶瓷片热应力的影响因素及规律的总结分析,研究陶瓷片不开裂时,预热温度与浇注温度的最大温差并进行铝合金熔模精密铸造验证。综合分析实验结果,得到以下结论:(1)从成型方法选择、陶瓷片的固定、浇注系统设计、涂料选择及涂覆、预热、浇注温度等方面进行设计,证明控制合适的预热温度与浇注温度的温度差,包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料制备工艺是可行的。(2)由于预热温度与浇注温度的温差产生的热应力是造成陶瓷开裂的主要原因,陶瓷片厚度对其几乎无影响;当预热温度与浇注温度的温差产生的热应力大于陶瓷的抗拉强度280MPa时,陶瓷片在浇注过程中开裂;降低预热温度与浇注温度的温度差值,可降低浇注过程中陶瓷片的热应力,从而避免浇注过程中陶瓷片碎裂。(3)包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料制备中,陶瓷片不开裂所允许的最大温差为90℃,陶瓷片在浇注过程中热应力始终小于280MPa,因此在浇注过程中不产生裂纹。铝合金实验模拟得出,包覆金属的浇注温度越高,陶瓷片不开裂要求的预热温度与浇注温度的差值越小。铝合金包覆的最大温差是400℃。(4)铝合金熔模精密铸造验证了预热温度与浇注温度差值对陶瓷片碎裂的影响,控制预热与浇注温度温差为400℃时,制备出了陶瓷片完好的复合材料装甲板。

王鹏[7](2012)在《碳化硅陶瓷抗弹性能研究》文中研究表明本论文针对陶瓷复合装甲的发展和研究现状,立足于工作单位的设备等软硬件实际条件,采用实际靶试试验与数值模拟相结合的方式,对碳化硅陶瓷的抗弹性能进行了系统化研究,最后获取碳化硅陶瓷抗弹性能的一些基本规律。根据以往陶瓷类复合装甲的设计、研究经验,陶瓷材料的硬度、弯曲强度、密度是影响其抗弹能力的重要因素。此次研究利用本单位理化检测设备,对试验中所使用碳化硅陶瓷的硬度、弯曲强度和密度进行抽样检测,为各项后续工作的开展积累数据。在实践靶试试验部分,针对试验目的设计对应的碳化硅陶瓷复合靶板方案。首先,进行碳化硅陶瓷复合靶板抗底推式105模拟穿甲弹试验,分别从厚度效应、倾角效应、位置效应、界面效应和间隙效应五个方面着手,对试验结果进行分析研究,得出在上述各种条件下碳化硅陶瓷抗弹性能的变化规律;其次,进行了6mm碳化硅陶瓷复合靶板抗12.7mm穿甲燃烧弹试验,主要对试验阶段所采用碳化硅陶瓷装甲的复合工艺进行考核,以验证该工艺过程抗多发弹打击能力的可靠性。最后,通过ANSYS/LS-DYNA程序对6mm碳化硅陶瓷复合靶板抗12.7mm穿甲燃烧弹的试验过程进行模拟计算,所得结果与实际试验结果基本一致,为该材料工程化应用奠定基础。

宋健[8](2011)在《弹体入射陶瓷复合靶板毁伤效应研究》文中研究表明防弹衣是一种能吸收和耗散弹头、破片动能,阻止穿透,有效保护人体受防护部位的特殊服装。而评价一件防弹衣防护效果的标准则是其防枪弹贯穿性伤害的能力和防器官组织非贯穿性伤害的能力两方面。枪弹贯穿性伤害是指子弹或炮弹的破片高速撞击人体,并与身体直接接触,从而对人体造成的损伤;器官组织非贯穿性伤害(NPT)则指虽子弹和破片并未与人体直接接触,但因其强大冲击力而造成对人体组织器官的损伤,其中包含皮肤挫伤、软组织受损、骨折,严重的甚至会造成内出血、气胸、肺撕裂等,最后导致死亡。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,以防弹衣为最终目的研制了一种新型的复合防护结构,并分别对其防枪弹贯穿性伤害的能力和防器官组织非贯穿性伤害的能力进行了分析验证,主要研究内容如下:(1)参照第三代复合式防弹衣的基本形式,提出了一种“陶瓷-纤维-铝”的新型防护结构,并验证了其防枪弹贯穿性伤害的能力,结果表明:在150250 m/s的速度区间,由Al2O3陶瓷、玄武岩纤维、开孔泡沫铝和2024铝合金背板组成的复合防护结构能有效的抵御弹体的侵彻,并且每种材料在结构中都起到了不可或缺的作用;增加陶瓷面板的厚度,可以明显提高整个复合结构的抗弹性能;在陶瓷总厚度不变的情况下,无论是否在其中添加其它防护材料,多层陶瓷结构的抗弹性能均不如单层陶瓷的复合结构;并且所分层数越多,其防护能力越差。(2)利用分离式Hopkinson压杆研究了不同应变率下泡沫铝材料的动态力学性能,结果显示,与一般金属不同,泡沫铝材料的动态压缩过程分为三个阶段,弹性段、塑性平台段以及压实段,由于泡沫铝拥有了一般材料所没有塑性平台段,所以其也拥有了比一般材料更好的缓冲吸能效果。通过比较材料在不同应变率下的应力应变曲线可以发现,当材料的应变率大幅增加时,其屈服应力仅有微小的增量,所以泡沫铝材料体现了其对应变率不敏感的特性。(3)在“陶瓷-纤维-铝”的复合防护结构中,加入泡沫铝材料,并利用PVDF压电计测量验证了结构的防器官组织非贯穿性伤害的能力,结果显示,泡沫铝材料较好的减少了应力集中并充分的起到了缓冲吸能的作用,经过结构防护后测得的压力已不足以对人体产生严重的危害。(4)通过实验研究了陶瓷/铝复合结构的抗侵彻能力,进一步讨论陶瓷分层对抗弹能力的影响,并利用数值模拟进行了验证,结果表明:在陶瓷/铝结构的撞击实验中,整块陶瓷的复合结构其抗弹性能要优于分层陶瓷结构,且结构的抗弹性能随着层数的增加而降低,这可能是因为将陶瓷分层后会减小在撞击中形成的陶瓷破碎锥的面积,使陶瓷吸收的冲击动能减少,从而降低整个结构的抗弹性能,且随着所分层数的增加,其形成的陶瓷锥面积减小,结构的抗弹性能会进一步降低。另外通过数值模拟研究了陶瓷破碎锥的形成过程,并认为其形成是压缩冲击波和反射应力波共同作用的结果。

孔晓鹏[9](2010)在《陶瓷复合装甲脱粘机理和抗多发打击研究》文中研究指明鉴于轻型装甲车辆防穿甲子弹和高速破片多发打击的实战要求,本文基于弹道试验,采用数值模拟的方法,研究了陶瓷/铝合金复合装甲抗7.62mm穿甲子弹单发和多发打击机理和性能,深入分析了脱粘机制和粘结层效应。本文主要工作和创新性成果如下:(1)分别采用不建粘结层和建粘结层方法对陶瓷/铝合金复合靶板抗单发打击弹道试验进行了数值模拟,阐述了相关数值模拟技术,提出了金属材料硬化模型失效应变的合理取值方法。模拟结果与试验的比较表明:两种方法在极限速度、背板变形等方面均与试验吻合较好;在陶瓷板脱粘数量上,不建粘结层的模拟结果与试验差别很大,而建粘结层的模拟结果与试验一致;单发打击的数值模拟可不建粘结层以提高计算效率,而多发打击的模拟应采用建粘结层的方法。(2)比较分析了陶瓷/铝合金粘结界面的应力失效准则和粘结层材料应变失效准则,深入研究了陶瓷/铝合金复合靶板陶瓷面板的脱粘机理。结果表明:粘结失效应采用粘结层材料应变失效准则;脱粘机制为:铝合金背板受冲击作用发生局部弯曲大变形,导致粘结层拉伸破坏,陶瓷板脱粘。(3)提出了多发打击数值模拟的“几何间隔法”,论证了其可行性和合理性。多发打击的数值模拟算例表明:所提出的方法不仅有效地反映了多发子弹先后打击的时间间隔,而且保证了计算过程中靶板响应和损伤计算的连续性,较好地体现了靶板损伤对靶板抗多发打击性能的影响。(4)研究了陶瓷/铝合金复合靶板抗多发打击的粘结层厚度效应。结果表明:影响抗多发打击性能的主要因素包括单发打击下陶瓷面板的脱粘、粘结层和铝合金背板的塑性变形,粘结层和铝合金背板的塑性变形减小了背板对陶瓷面板的支撑作用;陶瓷/铝合金复合装甲抗不超过和超过3发穿甲弹垂直打击时,聚氨酯粘结层的较优厚度分别为0.4mm和0.6mm。

张伟,韩旭,胡德安,伍乾坤[10](2009)在《三维SPH方法在装甲陶瓷损伤演化中的应用》文中进行了进一步梳理采用自主开发的三维SPH程序对冲击载荷作用下装甲陶瓷的损伤演化进行了数值研究。为了描述装甲陶瓷材料非线性变形及损伤特性,在程序中嵌入JH2本构模型及损伤模型。计算结果与实验结果对比表明:采用光滑粒子法对装甲陶瓷材料进行大变形、高应变率的损伤变形计算是有效的;数值仿真再现了装甲陶瓷材料的损伤破坏发展过程。仿真结果可以为装甲陶瓷抗侵彻机理研究提供参考。

二、陶瓷材料的抗侵彻机理和陶瓷锥演化的数值模拟(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、陶瓷材料的抗侵彻机理和陶瓷锥演化的数值模拟(论文提纲范文)

(2)石墨烯增强复合材料抗侵彻机理研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 国内外研究现状与分析
        1.2.1 石墨烯的应用研究进展
        1.2.2 国内外装甲研究发展
        1.2.3 侵彻动力学研究发展
        1.2.4 国内外研究现状的分析
    1.3 本文研究内容
2 材料力学性能研究
    2.1 准静态压缩力学试验
        2.1.1 准静态压缩试验装置
        2.1.2 准静态压缩试验数据处理
        2.1.3 准静态力学试验结果及分析
    2.2 动态力学(SHPB)试验
        2.2.1 材料动态力学试验装置
        2.2.2 试验结果分析
    2.3 本构模型参数拟合
        2.3.1 Johson-Cook(JC)本构模型
        2.3.2 Cower-Symonds(CS)本构模型
        2.3.3 Johnson-HolmquistⅡ本构模型
    2.4 本章小结
3 材料的显微形貌与物相分析
    3.1 XRD测试及能谱分析
        3.1.1 XRD测试技术
        3.1.2 XRD测试结果及分析
        3.1.3 能谱分析
    3.2 显微形貌观察
        3.2.1 静态压缩试件微观形貌
        3.2.2 动态压缩试件形貌观察
        3.2.3 扫描电子显微镜(SEM)观察分析
    3.3 本章小结
4 弹道枪试验及结果分析
    4.1 弹道枪试验技术
        4.1.1 弹道枪试验装置及技术
        4.1.2 弹道枪试验设置
    4.2 试验结果及分析
        4.2.1 靶板侵彻试验现象及分析
        4.2.2 试验结果分析及对比
    4.3 本章小结
5 石墨烯增强铝基SiC复合材料抗侵彻仿真及分析
    5.1 基于AUTODYN软件的不同本构模型的有限元验证计算
        5.1.1 AUTODYN程序的理论基础
        5.1.2 本构模型验证
        5.1.3 本构模型选取
    5.2 数值仿真计算及结果分析
        5.2.1 石墨烯增强铝基SiC复合材料复合靶板抗侵彻仿真结果分析
        5.2.2 SiC陶瓷抗侵彻仿真分析
        5.2.3 石墨烯增强铝基SiC复合材料复合靶板抗侵彻机理研究
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表论文及成果
致谢

(3)预应力陶瓷加载过程数值模拟及抗侵彻性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 约束陶瓷抗侵彻性能研究现状
        1.2.2 预应力陶瓷加载方法与抗侵彻性能研究现状
        1.2.3 小结
    1.3 本文的研究目的、意义与研究内容
2 预应力加载与冲击载荷作用下陶瓷内部应力分布特性研究
    2.1 引言
    2.2 预应力加载过程陶瓷内部应力计算方法
    2.3 冲击载荷作用下预应力陶瓷应力分布特性
        2.3.1 弹靶接触压力计算
        2.3.2 冲击载荷作用下陶瓷内部任意一点应力分布
    2.4 预应力陶瓷内部应力对陶瓷抗侵彻性能影响分析
    2.5 本章小结
3 陶瓷预应力加载作用过程数值模拟
    3.1 引言
    3.2 有限元方法与AUTODYN计算软件介绍
    3.3 材料本构模型与参数
        3.3.1 陶瓷本构模型与材料参数
        3.3.2 金属材料本构模型及参数
    3.4 陶瓷预应力加载数值仿真模型
        3.4.1 陶瓷预应力加载结构有限元模型
        3.4.2 陶瓷预应力加载作用过程数值模拟
    3.5 加载预应力后陶瓷应力分布仿真研究
        3.5.1 加载过程中陶瓷内部应力平衡过程
        3.5.2 不同加载条件下陶瓷各位置应力状态分布
    3.6 本章小结
4 预应力陶瓷抗侵彻性能数值模拟
    4.1 引言
    4.2 长杆弹侵彻加载预应力陶瓷数值仿真模型
        4.2.1 长杆弹侵彻加载预应力陶瓷的几何模型
        4.2.2 弹体本构模型及参数
    4.3 长杆弹侵彻预应力陶瓷作用过程仿真分析
        4.3.1 长杆弹侵彻过程陶瓷内部应力变化
        4.3.2 长杆弹侵彻预应力陶瓷过程分析
    4.4 不同预应力陶瓷抗侵彻性能研究
    4.5 本章小结
5 陶瓷加载预应力及其抗侵彻性能试验研究
    5.1 引言
    5.2 预应力加载试验装置
        5.2.1 陶瓷预应力加载装置设计
        5.2.2 手动四柱液压机、千斤顶
        5.2.3 示波器与应变仪
    5.3 陶瓷加载预应力试验
        5.3.1 预应力加载过程
        5.3.2 预应力加载数据处理
    5.4 预应力陶瓷抗侵彻性能试验
        5.4.1 试验平台
        5.4.2 试验结果
        5.4.3 试验结果分析
    5.6 本章小结
6 结束语
    6.1 研究工作总结
    6.2 后期工作展望
致谢
参考文献
附录

(4)钛合金及陶瓷复合装甲抗弹性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
论文的主要创新与贡献
第1章 绪论
    1.1 选题的工程背景
    1.2 装甲材料与装甲防护技术
        1.2.1 装甲材料的发展简述
        1.2.2 装甲防护技术简述
        1.2.3 装甲结构的抗弹效应
    1.3 陶瓷复合装甲研究现状
        1.3.1 陶瓷复合装甲概述
        1.3.2 陶瓷复合装甲抗弹机理的研究现状
        1.3.3 陶瓷复合装甲抗弹效应的研究现状
        1.3.4 理论计算模型的研究现状
        1.3.5 抗弹性能评价方法
    1.4 钛合金在装甲防护领域的应用及研究现状
        1.4.1 钛合金在装甲防护领域的应用现状
        1.4.2 钛合金抗弹性能研究现状
    1.5 选题依据与研究目标
    1.6 研究内容
第2章 实验材料与实验方法
    2.1 引言
    2.2 试验材料
    2.3 试验方法
        2.3.1 准静态拉伸及压缩试验
        2.3.2 断口扫描分析
        2.3.3 霍普金森杆试验
        2.3.4 实弹靶试试验
        2.3.5 数值模拟计算
    2.4 本章小结
第3章 TC4钛合金动态本构关系与抗弹效应研究
    3.1 引言
    3.2 TC4钛合金材料本构关系
        3.2.1 TC4钛合金动态性能测试
        3.2.2 TC4钛合金断口扫描电镜(SEM)分析
        3.2.3 TC4钛合金Johnson-Cook本构方程参数拟合
    3.3 钛合金抗弹效应研究
        3.3.1 钛合金厚度效应
        3.3.2 钛合金倾角效应
        3.3.3 钛合金阻抗效应
    3.4 本章小结
第4章 背板对陶瓷复合装甲抗弹性能影响研究
    4.1 引言
    4.2 背板材料对陶瓷锥影响研究
        4.2.1 陶瓷抗弹机理分析
        4.2.2 陶瓷锥静力分析
        4.2.3 背板材料对陶瓷锥影响的SHPB试验
        4.2.4 弹靶作用过程中背板的动力响应模型
    4.3 背板材料对陶瓷复合装甲抗弹性能影响研究
        4.3.1 背板对陶瓷复合装甲抗弹性能影响的数值仿真
        4.3.2 背板对陶瓷复合装甲抗弹性能影响的靶试试验
    4.4 本章小结
第5章 陶瓷复合装甲优化设计
    5.1 引言
    5.2 陶瓷/背板双层复合装甲优化设计
        5.2.1 基于陶瓷锥的Florence模型改进
        5.2.2 双层复合装甲优化设计方法
        5.2.3 双层复合装甲优化设计计算与验证
    5.3 考虑基体装甲防护能力的多层复合装甲优化设计
        5.3.1 考虑基体装甲防护能力的Florence模型改进
        5.3.2 考虑基体装甲防护能力的多层复合装甲计算实例
    5.4 本章小结
第6章 陶瓷/钛合金复合装甲夹层界面研究
    6.1 引言
    6.2 陶瓷/钛合金复合装甲夹层界面SHPB试验
        6.2.1 一维应力波传播规律理论分析
        6.2.2 应力波传播与能量耗散特性分析
    6.3 陶瓷/钛合金复合装甲夹层界面数值模拟研究
        6.3.1 计算条件设置
        6.3.2 弹丸侵彻过程能量分析
        6.3.3 陶瓷/钛合金复合装甲中的应力分布
    6.4 不同夹层材料陶瓷/钛合金复合装甲靶试试验
    6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
附录 “物理量名称及符号表”

(5)层合结构复合材料抗弹机理研究及模拟仿真(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外层合装甲研究现状
        1.2.1 非金属/非金属层合装甲
        1.2.2 陶瓷/金属层合装甲
        1.2.3 蜂窝夹芯结构层合装甲
        1.2.4 陶瓷单元复合面板层合装甲
    1.3 存在问题
    1.4 本课题的研究目的和意义
    1.5 本文研究的主要内容
第二章 层合装甲弹道实验
    2.1 结构设计
    2.2 选材依据
        2.2.1 陶瓷选材依据
        2.2.2 金属背板选材依据
        2.2.3 高性能纤维复合材料选材依据
        2.2.4 粘结剂选材依据
    2.3 制备过程
    2.4 层合装甲实验表征
    2.5 实验结果与抗弹机理分析
        2.5.1 陶瓷柱破坏现象分析及机理研究
        2.5.2 TC4破坏现象分析及机理研究
        2.5.3 UHMWPE破坏现象分析及机理研究
        2.5.4 防护等级评定
    2.6 本章小结
第三章 层合装甲抗弹数值模拟
    3.1 有限元软件分析流程
    3.2 材料模型
        3.2.1 Johnson-Cook模型
        3.2.2 Enhanced-Composite-Damage模型
        3.2.3 Johnson-Holmquist-Ceramics模型
    3.3 前处理
        3.3.1 自封闭单位制
        3.3.2 弹体有限元模型
        3.3.3 TC4板有限元模型
        3.3.4 UHMWPE板有限元模型
        3.3.5 陶瓷柱SPH模型
    3.4 后处理
        3.4.1 模型可靠性分析
        3.4.2 T1组装甲侵彻过程
        3.4.3 T2组装甲侵彻过程
        3.4.4 各层材料的耗能情况
        3.4.5 陶瓷柱面板层侵彻阶段分析
        3.4.6 支撑层TC4板侵彻阶段分析
        3.4.7 UHMWPE板侵彻阶段分析
    3.5 本章小结
第四章 结论和展望
    4.1 结论
    4.2 未来工作展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文

(6)包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 装甲材料的发展及应用现状
        1.2.1 钢装甲
        1.2.2 铝合金装甲
        1.2.3 钛合金装甲
        1.2.4 陶瓷材料装甲
        1.2.5 复合材料装甲
    1.3 陶瓷/金属复合装甲结构形式及相应特点
        1.3.1 层叠式结构复合装甲
        1.3.2 陶瓷增强金属基均质复合材料装甲
        1.3.3 陶瓷/金属功能梯度复合装甲
    1.4 金属包覆陶瓷复合材料装甲
        1.4.1结构特点
        1.4.2 抗弹机理
        1.4.3 制备技术
    1.5 熔模精密铸造的发展概况
        1.5.1 国外熔模精密铸造的发展概况
        1.5.2 我国熔模精密铸造的研究状况
    1.6 复合装甲材料研究存在问题及发展方向
        1.6.1 复合装甲材料研究存在问题
        1.6.2 复合装甲材料研究的发展方向
    1.7 本文的研究目的及内容
        1.7.1 本文研究目的
        1.7.2 本文研究内容
第2章 陶瓷/钢复合装甲包覆铸造工艺
    2.1 陶瓷热应力断裂机理
    2.2 结构设计
    2.3 成型方法选择
        2.3.1 选择原因
        2.3.2 熔模精密铸造概述
    2.4 熔模铸造工艺设计
        2.4.1 模料的选用
        2.4.2 陶瓷片的选用及固定
        2.4.3 浇注系统设计与熔模组合
        2.4.4 涂料涂覆及烘干
        2.4.5 型壳埋箱
        2.4.6 预热
        2.4.7 浇注实验方案
    2.5 实验结果与分析
    2.6 本章小结
第3章 复合装甲材料工艺优化仿真建模
    3.1 Procast铸造仿真软件介绍
    3.2 几何建模
    3.3 仿真模型建立
    3.4 仿真模拟有关参数设置
        3.4.1 相关材料参数设置
        3.4.2 界面创建和参数设置
        3.4.3 边界条件的设置
        3.4.4 重力参数设置
        3.4.5 初始条件设置
        3.4.6 运行参数设置
    3.5 模拟计算
    3.6 本章小结
第4章 复合装甲材料数值模拟分析及验证
    4.1 900℃预热方案数值模拟分析
        4.1.1 陶瓷片热应力值模拟分析
        4.1.2 陶瓷片碎裂原因的分析
    4.2 陶瓷片碎裂影响因素分析
        4.2.1 陶瓷片厚度对陶瓷片应力影响研究分析
        4.2.2 预热温度与浇注温度温差对陶瓷片热应力影响分析
    4.3 数值模拟分析最大温度差
        4.3.1 方案设计
        4.3.2 数值模拟结果分析
    4.4 铝合金熔模精密铸造验证
        4.4.1 数值模拟结果分析
        4.4.2 铝合金熔模精密铸造验证
    4.5 本章小结
第5章 结论
参考文献
致谢
附图

(7)碳化硅陶瓷抗弹性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1. 绪论
    1.1 陶瓷复合装甲发展需求
    1.2 陶瓷复合装甲发展概况
    1.3 陶瓷材料抗侵彻研究
        1.3.1 陶瓷复合装甲结构抗弹机理研究
        1.3.2 背板对陶瓷复合甲抗弹性能的影响
        1.3.3 面板对陶瓷复合甲抗弹性能的影响
        1.3.4 复合材料层对陶瓷复合甲抗弹性能的影响
        1.3.5 陶瓷复合甲抗弹性能的数值模拟研究
    1.4 碳化硅陶瓷抗弹性能研究的必要性
    1.5 本文的主要研究内容
2. 碳化硅陶瓷抗弹性能试验
    2.1 碳化硅陶瓷物理性能检测
        2.1.1 碳化硅陶瓷弯曲强度检测
        2.1.2 碳化硅陶瓷硬度检测
        2.1.3 碳化硅陶瓷密度检测
    2.2 碳化硅陶瓷抗弹性能试验中的相关概念
        2.2.1 陶瓷复合装甲的抗弹效应
        2.2.2 装甲结构的破坏形式
        2.2.3 弹体状态
        2.2.4 陶瓷复合装甲抗弹性能评价方法
        2.2.5 试验器材和碳化硅陶瓷复合靶板结构
    2.3 碳化硅陶瓷抗105模拟穿甲弹试验
        2.3.1 约束条件
        2.3.2 试验用弹
        2.3.3 试验内容
        2.3.4 试验结果
        2.3.5 试验结果分析
    2.4 碳化硅陶瓷抗12.7mm穿甲燃烧弹试验
        2.4.1 陶瓷复合靶板结构及试验用弹
        2.4.2 碳化硅陶瓷抗12.7mm穿甲燃烧弹试验结果
        2.4.3 试验结果分析
3. 数值模拟
    3.1 ANSYS/LS-DYNA程序介绍
    3.2 物理模型及其算法
        3.2.1 简化侵彻模型
    3.3 模拟方案
        3.3.1 模拟方案的确定
        3.3.2 有限元模型
        3.3.3 接触罚函数算法
        3.3.4 材料模型及参数
    3.4 数值模拟结果与分析
        3.4.1 数值模拟结果
        3.4.2 结果分析
4. 结论
致谢
参考文献

(8)弹体入射陶瓷复合靶板毁伤效应研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的背景及意义
    1.2 防弹衣的发展历史
    1.3 陶瓷复合结构的国内外发展现状
        1.3.1 陶瓷材料的发展现状
        1.3.2 纤维材料的发展现状
        1.3.3 陶瓷复合结构的研究现状
    1.4 本文的研究内容
第2章 实验技术与原理
    2.1 PVDF 压电计及其应力测试技术
        2.1.1 PVDF 压电薄膜
        2.1.2 PVDF 薄膜的压电效应及其测量原理
        2.1.3 压电计的制作方法
    2.2 二级轻气炮的原理与技术
        2.2.1 二级轻气炮的工作原理
    2.3 Hopkinson 杆及其实验原理
        2.3.1 Hopkinson 杆的组成
        2.3.2 Hopkinson 杆的基本假设
        2.3.3 Hopkinson 杆的原理
    2.4 本章小结
第3章 子弹入射复合靶板的实验研究
    3.1 实验材料及装置
    3.2 实验方案
    3.3 实验结果分析
    3.4 器官组织非贯穿性损伤的防护结果分析
        3.4.1 泡沫铝材料的动态压缩实验
        3.4.2 NPT 的防护结果分析
    3.5 本章小结
第4章 陶瓷/铝复合靶板的抗侵彻实验及其数值模拟
    4.1 引言
    4.2 实验数据及结果
    4.3 数值模拟的结果与分析
        4.3.1 材料模型及参数
        4.3.2 几何模型与网格划分
        4.3.3 结果与分析
        4.3.4 陶瓷破碎锥的形成
        4.3.5 PVDF 的测量值与数值模拟结果的比较
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

(9)陶瓷复合装甲脱粘机理和抗多发打击研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 轻型装甲车辆防弹技术的发展趋势
    1.2 轻型陶瓷复合装甲研究综述
        1.2.1 陶瓷/背板结构抗单发打击研究现状
        1.2.2 陶瓷复合装甲抗多发打击研究现状
    1.3 本文研究的主要内容及技术路线
第二 章 陶瓷/铝合金靶板弹道试验的数值模拟
    2.1 弹道试验简介
        2.1.1 弹丸及靶板
        2.1.2 试验结果
        2.1.3 结果分析
    2.2 有限元模型及参数选择
        2.2.1 几何模型及网格划分
        2.2.2 材料模型及参数选择
        2.2.3 接触控制
    2.3 模拟结果与试验的比较
        2.3.1 模拟结果
        2.3.2 分析比较
    2.4 本章小结
第三章 陶瓷复合靶板脱粘机理与粘结层效应分析
    3.1 粘结层的数值模拟
        3.1.1 粘结层的计算模型
        3.1.2 粘结失效准则
        3.1.3 弹道试验模拟结果分析
    3.2 脱粘机理分析
        3.2.1 粘结层的破坏过程
        3.2.2 聚氨酯粘结层的破坏机制
    3.3 粘结层效应分析
        3.3.1 建模效应
        3.3.2 厚度效应
    3.4 本章小结
第四章 陶瓷/铝合金复合靶板抗多发打击研究
    4.1 模拟多发打击的几何间隔法
        4.1.1 基本原理
        4.1.2 计算实例
    4.2 抗多发打击粘结层厚度效应分析
        4.2.1 两发打击结果与分析
        4.2.2 三发打击结果与分析
        4.2.3 四发打击结果与分析
    4.3 本章小结
第五章 总结和建议
    5.1 总结
    5.2 建议
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果

(10)三维SPH方法在装甲陶瓷损伤演化中的应用(论文提纲范文)

0 引言
1 具有材料强度的SPH基本方程
2 装甲陶瓷本构方程及状态方程
    2.1 强度模型
    2.2 损伤模型
    2.3 状态方程
3 模型验证与算例
    3.1 模型验证
    3.2 算例
4 结论

四、陶瓷材料的抗侵彻机理和陶瓷锥演化的数值模拟(论文参考文献)

  • [1]极端条件下碳化硅的变形、损伤与破坏研究进展[J]. 李旺辉,奉兰西,张晓晴,姚小虎. 高压物理学报, 2021(04)
  • [2]石墨烯增强复合材料抗侵彻机理研究[D]. 李素云. 中北大学, 2018(08)
  • [3]预应力陶瓷加载过程数值模拟及抗侵彻性能研究[D]. 吴雪. 南京理工大学, 2018(01)
  • [4]钛合金及陶瓷复合装甲抗弹性能研究[D]. 苗成. 西北工业大学, 2017(01)
  • [5]层合结构复合材料抗弹机理研究及模拟仿真[D]. 刘国繁. 南京航空航天大学, 2015(10)
  • [6]包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料研究[D]. 魏敖. 东北大学, 2014(08)
  • [7]碳化硅陶瓷抗弹性能研究[D]. 王鹏. 南京理工大学, 2012(07)
  • [8]弹体入射陶瓷复合靶板毁伤效应研究[D]. 宋健. 哈尔滨工业大学, 2011(05)
  • [9]陶瓷复合装甲脱粘机理和抗多发打击研究[D]. 孔晓鹏. 国防科学技术大学, 2010(02)
  • [10]三维SPH方法在装甲陶瓷损伤演化中的应用[J]. 张伟,韩旭,胡德安,伍乾坤. 兵工学报, 2009(S2)

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陶瓷材料的抗穿透机理及陶瓷锥演化的数值模拟
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