Aderson[6]等通过改变长杆弹缩放比来研究缩放比例对实验结果的影响。研究发现,在所有的实验参数中,弹道极限速度对缩放比例的改变最为敏感。而其他的一些参数,例如弹体剩余质量,剩余速度以及靶体最大破坏直径几乎不受缩放比例的影响。
Sherman[7]进行的锤体下落试验来研究陶瓷靶的准静态的破坏机制,其中对准静态机制影响最大的便是陶瓷材料的厚度,并且随着材料厚度的增加呈上升趋势。破坏的作用机制因陶瓷材料的厚度不同,表现的也不相同。当陶瓷的厚度不高时,主要是径向延展的破坏,陶瓷表面出现裂纹。当弹体的长径比达到1时,主要的破坏形式时陶瓷内部出现锥体的破坏。在此基础上继续增加陶瓷的厚度,将进一步扩大锥形裂纹,并伴随这材料的腐蚀脱落碎裂。在研究准静态机制的同时,同时用7mm左右的穿甲弹侵彻侵彻陶瓷靶板来对比动态破坏机制,动态的破坏主要是靠拉伸应力波的反射。应力波产生于陶瓷材料和弹体的撞击处,在陶瓷内部传播,当遇到陶瓷背板时反射,加剧陶瓷的破坏。当陶瓷靶板的直径足够大时,应力波的传播就需要更长时间,在传播和反射过程中便会逐渐减弱,适当的增加厚度也能削弱这种破坏机制。
Yadav[8]等实验人员通过DOP试验对应力波产生和传播的机理进行更深一步的研究。他选取的实验模型是长杆弹高速撞击陶瓷铝合金的复合靶,在实验过程中,Yadav主要对比了弹体侵彻具有相同厚度的复合靶和单一陶瓷靶板的实验结果,侵彻结果的各项参数如剩余速度和破坏直径说明,相比于在单一材料中的传播,应力波在复合靶的多项材料中传播更容易受打破干扰和减弱。材料间性质不同以及材料间缝隙,对应力波能量的吸收较好,起到了缓冲的作用,从而延迟了裂纹的进一步发生扩大。这同时也说明,
相比于单质陶瓷面板,复合陶瓷靶往往具备更加良好的的抗弹性能。
Cortes[9]等实验人员在前人研究的基础上,采用三维的拉格朗日建模对侵彻模型进行了仿真,这也是现在的仿真软件大都采用的建模方法。在修改了脆性比较大的材料的Mohr-coulomb模型后,得到了预想的结果。那就是一旦弹体前方的陶瓷材料被破坏失效以后,材料呈现碎片装,由于弹体的始终在高速运行中,弹头表面的摩擦力会使碎片粘附在弹头顶部,陶瓷碎片和弹体没有相对运动以后,将无法穿过这些材料,而是和这些材料一起运动。这时便体现了紧密约束的材料的优势,约束越紧密。破碎的陶瓷碎片便会更多的积聚在弹体前进的方向,越能有更好的抗侵彻效果。
Rajendran[10]主要研究了陶瓷材料的本构模型,这个模型考虑到了材料的塑性形变以及破坏裂纹从出现到扩大的过程,并非直接定义产生。考虑到裂纹的产生符合Griffith准则,可以采用一个状态方程来描述来描述破坏过程,并采用EPIC一2进行了仿真模拟,结果与试验数据一致。
Lee[11]用数值模拟研究的方法对陶瓷铝合金的复合靶进行了结构的优化,对陶瓷面板的力学行为的模仿采用了Mohr-Coulomb模型。这个模型可以改变靶体的直径大小以及靶体各部分材料的厚度来得到抗弹性能最优的结构,当然这个对比要保持在平均密度相对一样的情况下,仿真模拟的结果与试验结果并无出入。
2国内复合装甲研究背景及发展现状
国内的相关研究中,仲伟虹[12]和王文俊[13]等对复合靶和单层靶在受到弹体侵彻时表现出的不同的破坏模式进行了分析。实验表明,陶瓷遭受侵彻时内部产生的锥形破裂是体现陶瓷复合靶抗侵彻效果的重要特征,钢板对陶瓷层的约束可能延迟陶瓷材料的断裂,陶瓷面板的抗侵彻效果往往越明显。