朱新成,狄长安,林朝东

(南京理工大学 机械工程学院,江苏 南京 210094)

装甲轻量化是坦克装甲车辆现代化发展的基本要求,其中轻型复合装甲的研究备受关注[1]。高性能玻璃纤维复合材料作为较廉价的抗弹装甲材料,其抗弹能力可达到钢的3倍以上[2]。目前,杜忠华等[3]利用能量守恒原理建立了玻璃纤维层合板的工程分析模型,给出弹道性能v50的预测公式。徐豫新等[4]进行破片对三明治板高速穿甲数值模拟,发现了玻璃纤维材料具有良好的能量吸收特性。段建军等[5]介绍了玻璃纤维复合材料在装甲上的应用,给出了该材料的防弹机理。此外,由于纤维复合材料具有的各向异性力学特性,国外基于这种材料的有限元数值仿真还不够全面。

以上研究尚未涉及到玻璃纤维复合材料的抗弹规律。国外某主战坦克的相关资料研究发现,某主战坦克的首上装甲使用的是玻璃纤维复合装甲,这种复合装甲轻质高效,并且具有优越的抗弹性能[6],该复合装甲的装甲钢厚度约50 mm,玻璃纤维层厚度约为25～50 mm,依照该装甲的结构特点和材料的抗弹特性,本文采用LS-DYNA数值仿真的方法,研究其抗弹特性,由于只分析其抗弹规律,所用结构尺寸缩小到原来的1/3。缩小后603装甲钢厚度为15 mm,纤维层厚度根据工况不同分别为8～16 mm。

1 弹靶模型的建立

1.1 有限元模型

玻璃纤维复合装甲结构由5层靶板组成,如图1所示。每层结构的尺寸如下:第1层、第3层、第5层的装甲钢尺寸为300 mm×156 mm;第2层、第4层玻璃纤维层合板尺寸为300 mm×156 mm,玻璃纤维层厚度根据工况不同分别为8 mm,10 mm,12 mm,14 mm,16 mm。……