CN113758375B - 一种双切削消能防护结构以及消能防弹板 - Google Patents

一种双切削消能防护结构以及消能防弹板 Download PDF

Info

Publication number
CN113758375B
CN113758375B CN202111127881.XA CN202111127881A CN113758375B CN 113758375 B CN113758375 B CN 113758375B CN 202111127881 A CN202111127881 A CN 202111127881A CN 113758375 B CN113758375 B CN 113758375B
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
ceramic
energy absorption
cutting
column
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111127881.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113758375A (zh
Inventor
王思捷
初一心
杨军伟
郑思铭
于佃辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Academy of Armored Forces of PLA
Original Assignee
Academy of Armored Forces of PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Academy of Armored Forces of PLA filed Critical Academy of Armored Forces of PLA
Priority to CN202111127881.XA priority Critical patent/CN113758375B/zh
Publication of CN113758375A publication Critical patent/CN113758375A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113758375B publication Critical patent/CN113758375B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41HARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00Armour; Armour plates
    • F41H5/007Reactive armour; Dynamic armour
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/043Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/02Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions
    • B32B3/08Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions characterised by added members at particular parts
    • B32B3/085Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions characterised by added members at particular parts spaced apart pieces on the surface of a layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/10Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
    • B32B3/18Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material characterised by an internal layer formed of separate pieces of material which are juxtaposed side-by-side
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B33/00Layered products characterised by particular properties or particular surface features, e.g. particular surface coatings; Layered products designed for particular purposes not covered by another single class
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/005Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B9/041Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of metal
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41HARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00Armour; Armour plates
    • F41H5/02Plate construction
    • F41H5/04Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0414Layered armour containing ceramic material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/558Impact strength, toughness
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/56Damping, energy absorption
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2571/00Protective equipment
    • B32B2571/02Protective equipment defensive, e.g. armour plates, anti-ballistic clothing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双切削消能防护结构,属于防弹防护技术领域,包括耗能柱、环形切割柱,耗能柱的柱顶设有环形凹槽,环形切割柱***环形凹槽内并与环形凹槽形成密封的填充空腔,填充空腔内填充有非牛顿流体,填充空腔内设有吸能杆,吸能杆的两端分别与填充空腔的内侧壁、外侧壁固定连接,当受到冲击时,环形切割柱会切削吸能杆和非牛顿流体,然后在吸能杆和非牛顿流体双切削耗能下,冲击被大幅耗散;还公开了一种消能防弹板,包括密布有环形切割柱的吸能面板、密布有耗能柱的吸能背板,吸能面板和吸能背板固定连接,弹丸冲击吸能面板后,双切削消能防护结构将炸弹带来的巨量冲击大幅降低,然后通过吸能面板和吸能背板以阻挡弹丸穿过。

Description

一种双切削消能防护结构以及消能防弹板
技术领域
本发明涉及防弹防护技术领域,特别是涉及一种双切削消能防护结构以及消能防弹板。
背景技术
在现代高科技战争中,人员和装备的防护越来越受到重视,对防弹材料也提出了更高的要求,现有的防弹装备通常会采用由轻合金、陶瓷、高韧性纺织物等轻质新材料复合而成的面板进行制作,如专利号为“201580071833.X”,名称为“一种防弹面板”的发明中提出了一种复合防弹面板,包括依次设置的陶瓷板面板、环氧树脂浸渍的织物、三层酚醛树脂浸渍的芳族聚酰胺织物层压体、防弹织物背层,陶瓷防弹面板在与子弹或弹丸接触时,会碎裂成若干块,子弹的动能能够被分散到陶瓷碎片块上并被消耗,同时子弹尖端会变形为蘑菇形状或分成数块,继而消耗残留在芳族聚酰胺织物层压体中,芳族聚酰胺织物层压体其纤维具有高强度、高弹性和低收缩等优异特性,5mm的细缆绳便可提起2吨车辆,能够将子弹锁止在芳族聚酰胺织物层中,同时在芳族聚酰胺织物层的粘合下能够显著提高陶瓷板面板的强度,阻止陶瓷板面板轻易碎裂。
但上述防弹面板只能应用于普通子弹的防护,无法应用于车辆底盘当中,因为车辆在行驶过程中,车辆底盘通常受到的是路边炸弹、地雷等高热量、低裂度的攻击,而以防弹织物为主的防弹面板难以承受地雷所带来的高温热浪,很容易在高温作用下燃烧而失去作用,同时陶瓷面板、防弹织物也难以真正抵御住炸弹、地雷来的强大冲击。为此专利号为“202011495333.8”,名称为“一种新型防弹结构及制造工艺”的发明中提出了一种新型防弹结构,包括尼龙短碳纤维材料的底座和上盖板,底座上设有蜂窝腔体,蜂窝腔体内填充有剪切增稠液,蜂窝腔体上铺设一层纤维布,纤维布上放置一层陶瓷加固板,上盖板与加固板粘接固定;通过减少纺织层的使用,避免了原本传统防弹面板不耐高温的劣势,同时利用加固板起到刚性防护作用,减小低速子弹的冲击力和痛感,利用剪切增稠液的吸能和耗能特性,吸收低速子弹所带来的的冲击,蜂窝腔体上方铺设纤维布浸渍有剪切增稠液,增强了纱线之间的摩擦力,使防弹性能有所增强。但上述新型防弹结构中在受炸弹冲击时,加固板是整体压向底座的,而剪切增稠液填充在蜂窝状结构内部,因此加固板先接触的是蜂窝状结构,而非其内部的剪切增稠液,然后炸弹带来的冲击借由蜂窝状结构会先传递给整体底座,此时蜂窝状结构中的剪切增稠液吸能是十分有限的,一旦底座在冲击下先变形甚至开裂,剪切增稠液更是无法发挥其吸能作用,因此上述新型防弹结构难以满足低裂度、高冲击的炸弹冲击。
发明内容
本发明的目的是解决上述技术问题,提供一种双切削消能防护结构以及消能防弹板,当受到冲击时,环形切割柱会第一时间切入环形凹槽内作用在非牛顿流体上,而不是对耗能柱本体造成冲击,真正发挥非牛顿流体的作用,与此同时环形切割柱切削的还有吸能杆,在吸能杆和非牛顿流体双切削作用下,比起单一增稠剂大幅提高了耗能作用,因此采用双切削消能防护结构的消能防弹板真正做到了抵挡地雷、炸弹等高能量、低裂度的冲击。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:本发明提供一种双切削消能防护结构,包括耗能柱、环形切割柱,所述耗能柱的柱顶设有环形凹槽,所述环形切割柱***所述环形凹槽内并与所述环形凹槽形成密封的填充空腔,所述填充空腔内填充有非牛顿流体,所述填充空腔内还设有可被所述环形切割柱切断耗能的吸能杆,所述吸能杆的两端分别与所述填充空腔的内侧壁、外侧壁固定连接。
优选地,所述环形凹槽为六边形环槽。
优选地,所述耗能柱为与所述环形凹槽形状相匹配的六边形柱。
优选地,所述耗能柱、环形切割柱为铝合金材质。
还提供了一种消能防弹板,包括密布有环形切割柱的吸能面板、密布有耗能柱的吸能背板,所述吸能面板和所述吸能背板固定连接。
优选地,所述吸能面板、吸能背板均为铝合金材质。
优选地,包括固定连接在所述吸能背板的防护板,所述防护板与所述吸能背板之间密布有陶瓷防弹片,所述陶瓷防弹片固定在所述防护板上。
优选地,所述陶瓷防弹片的形状为六边形。
优选地,所述防护板为金属陶瓷复合材料。
优选地,所述防护板从设有所述陶瓷防弹片的一面到其另一面的陶瓷含量逐渐增加。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
1.本发明中双切削消能防护结构,采用了相互嵌入的环形切割柱、耗能柱,环形切割柱***耗能柱上的环形凹槽中并形成密封的填充腔室,填充腔室内填充有非牛顿流体以及若干吸能杆,当受到冲击时,环形切割柱优先切割的是非牛顿流体以及吸能杆,而不是耗能柱本体结构,非牛顿流体真正起到了耗能的作用,当吸能杆受到剪切作用时首先发生塑性变形,在超过极限强度后吸能柱被依次剪断,大量吸收并损耗弹芯或金属射流的能量,同时非牛顿流体填充物在受到冲击下迅速***并膨胀,继而在切削吸能杆和切削非牛顿流体共同耗能下,迅速分散了冲击动能和冲击产生的大量内能,比起单一增稠剂大幅提高了耗能作用大幅度提高。
2.本发明中耗能柱、环形凹槽、环形切割柱均为六边形,六边形是覆盖二维平面的最佳拓扑结构,在金属平面上使用时,能够最大限度的满足满铺目的,且相邻六边形相互贴合,能够保证耗能柱在金属平面上设置时,相邻耗能柱不会产生缝隙。
3.本发明中消能防弹板采用了双切削消能防护结构,当弹丸和金属射流冲击到吸能面板上时,吸能面板向吸能背板移动时,最先接触的是吸能面板背面的环形切割柱和吸能背板上的耗能柱,而不是吸能面板与耗能柱柱顶接触,从而保证了吸能杆、非牛顿流体能够第一时间被切削,真正发挥出其耗能作用,同时在吸能面板、吸能背板自身硬度下,弹丸被破碎或钝化,继而被留在吸能面板、吸能背板之间,继而达到防弹的目的。
4.本发明中在吸能面板的背面加设带有陶瓷防弹片的防护板,以进一步提高防护,拦击穿过吸能背板的弹丸,达到彻底耗能的作用;陶瓷材料因在硬度、压缩强度和密度等方面的独特优势,能够使弹丸达到屈服应力和破坏极限强度而发生压缩变形甚至碎裂,弹速降低,且陶瓷防弹片在弹丸作用下大量碎裂,最终形成以接触点为顶点、直径不断扩大的破碎陶瓷碎片区对弹体起到磨蚀作用,而防护板通过压缩、剪切、拉伸变形、层间分层等方式能够吸收弹头和陶瓷碎片的残余动能,最终将侵彻体弹丸或者金属射流停留在防护板之中。
5.本发明中陶瓷防弹片为六边形结构,六边形的陶瓷防弹片能够与相邻陶瓷防弹片贴合,保证陶瓷防弹片之间不会产生缝隙,继而形成一个完整的陶瓷面层,相较于一整块的陶瓷面板,一整块的陶瓷面板虽然一体性强,但受弹击中后陶瓷板局部破损严重,会碎裂成各种尺寸、形状的碎片,多数陶瓷碎片无法继续发挥作用,因此抗多发打击能力较弱,而由陶瓷防弹片拼成的一完整的拼接式陶瓷面层,其中一块陶瓷防弹片坏了后,其余的陶瓷防弹片还能发挥防弹作用,而且还可以快速拼接更换,大幅提高抗多发弹的性能,而且由于没有拼接缝,弹击位置落于陶瓷防弹片中心位置的概率就会增大越大,从而保证了其抗弹性能。
6.本发明中防护板采用金属陶瓷复合材料制成,金属陶瓷复合材料具有较高的强度以及较好的韧性,既保留了陶瓷材料硬度高和耐腐蚀、耐高温的抗侵彻的优越性能,又具有金属材料塑性好、抗拉强度高的特性,兼具陶瓷材料和金属材料的双重特点,能够大幅度提高了防护板的抗弹性能。同时其耐高温的特性与陶瓷防弹片一同起到了防火隔热的作用,继而能够抵挡住地雷***所带来的高热量的热浪冲击。
7.本发明中防护板为陶瓷含量随厚度呈梯度增长的梯度陶瓷金属复合材料,相比传统陶瓷/金属双层防护相比,要具有更高的防护能力,陶瓷相的含量沿防护厚度方向成梯度变化,复合材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度,硬度也逐渐减小,显著改善了冲击载荷下界面的应力状态,更高效地分别发挥了陶瓷和金属各自的独特优势,从而能够最大限度消耗弹丸的残余动能,同时尽可能减小自身的损伤。
8.本发明中消能防弹板由于是多元复合防护结构,吸能面板、吸能背板、防护板之间不可避免的产生间隙,而间隙使得冲击波在板材与空气的界面上产生全反射,这样应力波理论上将不能传递到相邻的第二块板材防护材料上,继而耗损冲击能量,同样因为间隙导致的空气层的存在,空气层相比金属材料,能够起到隔热作用,继而还起到了防火隔热的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为双切削消能防护结构的结构示意图;
图2为耗能柱的俯视图;
图3为耗能柱的结构示意图;
图4为环形切割柱的结构示意图;
图5为消能防弹板的结构示意图;
图6为密布有环形切割柱的吸能面板结构示意图;
图7为密布有耗能柱的吸能背板结构示意图;
图8为密布有陶瓷防弹片的防护板结构示意图。
附图标记说明:1、吸能面板;2、环形切割柱;3、吸能背板;4、耗能柱;5、陶瓷防弹片;6、防护板;7、环形凹槽;8、吸能杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本实施例提供一种双切削消能防护结构,如图1至图8所示,包括耗能柱4、环形切割柱2,耗能柱4的柱顶设有环形凹槽7,环形凹槽7内设有若干吸能杆8,吸能杆8的两端分别固定连接在环形凹槽7的内槽壁和外槽壁上。环形凹槽7的形状、深度以及凹槽的宽度与环形切割柱2的形状、高度以及环宽相匹配,当环形切割柱2***环形凹槽7内之后,环形切割柱2抵在吸能杆8的杆面上,环形切割柱2与环形凹槽7严丝合缝,能够将环形凹槽7的槽口密封,环形切割柱2环形凹槽7之间形成了一个密封的填充空腔,填充空腔内填充有非牛顿流体,同时吸能杆8也被封在填充空腔内。当环形切割柱2受到冲击或耗能柱4受到冲击时,环形切割柱2会向环形凹槽7内切入,吸能杆8在受到环形凹槽7的剪切作用,首先发生塑性变形进行耗能,当剪切力超过吸能杆8的极限强度后,吸能杆8被剪断,大量吸收外界对环形切割柱2造成的冲击能量。与此同时,环形切割柱2也在切削填充空腔(即环形凹槽7)内的非牛顿流体,非牛顿流体填充物在受到冲击后,由于剪切增稠原理,液体本身的结构改变,粘度和硬度增加,宏观表现为液体迅速***并膨胀,因此切断所需剪切力不成比例地急剧增加,冲击的动能会被进一步地吸收和消耗。在吸能杆8、非牛顿流体双切削耗能作用下,冲击所带来的的动能以及产生的大量内能被迅速耗散,继而达到抵御高冲击的需求。
本实施例中,参考图2至图3,环形凹槽7为六边形环槽,与之相匹配的环形切割柱2为六边形环柱。
进一步,本实施例中,耗能柱4为与环形凹槽7形状相匹配的六边形柱,六边形柱结构是覆盖二维平面的最佳拓扑结构,将耗能柱4、环形切割柱2均设置成六边形结构,为后续设置在其他结构,例如金属板上等,能够最大限度铺满整个板面,如耗能柱4与相邻的耗能柱4之间可以紧贴,从而减小耗能柱4之间的空气,继而发挥出双切削消能防护结构最佳的优势以及性能。
进一步,本实施例中,吸能杆8有七十二个,在六边形的环形凹槽7内,每个边设置四个吸能杆8,共上下设置三层,达到三次耗能作用,充分利用环形凹槽7空间,大限度的提高吸能杆8的耗能作用。
本实施例中,耗能柱4、环形切割柱2为铝合金材质,既保证了具有较高的结构强度,同时能够减轻结构本身的重量,为将其大量应用到其他结构上(如防弹金属板、汽车车身等)时,尽可能减轻整体结构的重量。
进一步,本实施例中,考虑到吸能杆8尺寸较小,且数量较多,不易加工,为了减轻加工工艺难度,可采用广泛应用于汽车行业的消能螺栓来起到吸能杆8的效果,在耗能柱4的环形凹槽7的内壁、外壁均开孔,然后将消能螺栓拧入开孔中完成安装,除吸能杆8以外的,耗能柱4、环形切割柱2均可采用模具浇铸,并对其表面进行简单加工即可。
本实施例提供了一种消能防弹板,如图1至图8所示,包括吸能面板1、吸能背板3,吸能面板1上密布有大量的环形切割柱2,与之相对的吸能背板3上密布有与环形切割柱2等量的耗能柱4,吸能面板1与吸能背板3固定连接之后,环形切割柱2全部伸入等量的耗能柱4上的环形凹槽7中,形成双切削耗能层。此处优选,六边形的耗能柱4、六边形的环形切割柱2,六边形的结构有利于在板材上满铺,彼此之间不会产生缝隙,能够最大限度的发挥耗能作用。当弹丸和金属射流冲击到吸能面板1上时,吸能面板1迅速向吸能背板3方向移动,环形切割柱2切割环形凹槽7中的吸能杆8和非牛顿流体,吸能杆8在受到剪切作用时首先发生塑性变形,在超过极限强度后吸能柱被依次剪断,大量吸收并损耗弹芯/金属射流的能量。非牛顿流体填充物在受到炮弹冲击下迅速***并膨胀。在切削吸能杆8和切削非牛顿流体共同耗能下,迅速分散了高温射流和炮弹本身冲击动能在冲击防弹面板时产生的大量内能,弹丸或金属射流的动能会被进一步的吸收和消耗。
考虑到防弹面板自身重量和结构强度,本实施中,吸能面板1和吸能背板3均为铝合金材质,既具有足够的强度,同时还具有较轻的质量。优选的,与之相匹配的耗能柱4、环形切割柱2也采用铝合金材质,吸能面板1和环形切割柱2、吸能背板3和耗能柱4分别可以一体浇铸成型。
参考图1和图8,本实施例中,在吸能背板3的背面固定连接有防护板6,防护板6的正面密布有陶瓷防弹片5,防护板6与陶瓷防弹片5共同组成了抗弹层,以达到对吸能面板1和吸能背板3组成的双切削耗能层没有彻底拦截住的弹丸或金属射流做最后的拦击。当弹丸和金属射流穿透吸能面板1、吸能背板3所形成的双切削耗能层后,进入抗弹层,高速的弹丸/金属射流与陶瓷防弹片5接触瞬间,陶瓷防弹片5依靠其高硬度和高抗压强度,使弹丸达到屈服应力和破坏极限强度而发生压缩变形甚至碎裂,弹速降低,使其破坏能力和对防护板6的冲击作用大大降低。而在此过程中,冲击点下方区域的陶瓷防弹片5大量碎裂,最终形成以接触点为顶点、直径不断扩大的破碎陶瓷碎片区对弹体起到磨蚀作用,同时也增大了防护板6的受力面积,然后在破碎弹丸和破碎陶瓷碎片共同作用于防护板6,防护板6通过压缩、剪切、拉伸变形、层间分层等方式吸收弹头和陶瓷碎片的残余动能,最终将侵彻体弹丸或者金属射流停留在防护板6与吸能背板3之间,完成整个防护的抗弹过程。同时,防护板6起到了支撑陶瓷防弹片5,延迟陶瓷防弹片5破碎时间作用,因为陶瓷材料在高速弹丸冲击作用下会产生弯曲载荷,陶瓷表面产生拉伸应力,导致陶瓷材料过早破碎,所以要使陶瓷防护具有较好的抗弹能力,就必须在陶瓷材料背后再设计一层防护板6。
本实施例中,陶瓷防弹片5选用碳化硅陶瓷,目前用于防弹的三大陶瓷材料是氧化铝(AI2O3)、碳化硅(SiC)和碳化硼(B4C),氧化铝因其成本低而在防弹上得到更广泛的应用,但其防弹等级最低、密度也最大不符合轻量化的设计要求,碳化硼防弹性能最好、密度最小,但其价格最为昂贵,不利于广泛推广,碳化硅陶瓷材料在成本、防弹性能和密度指标方面均介于二者之间,因而综合上述考虑,选取碳化硅陶瓷,能够兼具成本以及防弹效果。
本实施例中,参考图8,陶瓷防弹片5的形状为六边形,六边形结构有利于密布,且不会产生缝隙,力求最大限度地发挥出陶瓷材料本身最佳的优势以及性能。实验表明,大尺寸整体式陶瓷抗弹均匀稳定性好,但受弹击中后局部破损严重,抗多发打击能力较弱,而不同形状的小块拼接式陶瓷面板可实现快速拼接更换,抗多发弹性能优异。因此将复合防护中使用的陶瓷做成小尺寸的陶瓷防弹片5,使得当某块陶瓷防弹片5被弹体击碎时,其它陶瓷防弹片5还仍然有效。但是对小尺寸拼接式陶瓷板而言,当陶瓷防弹片5的尺寸过小时,拼接缝就会过多,弹击位置落于拼接缝或其附近的概率增大,会极大地减小由陶瓷防弹片5拼接而成的陶瓷面板整体抗弹性能的发挥,所以很显然,弹着点落于陶瓷防弹片5中心位置的概率越大,其抗弹性能越优异。通过简单计算可知,形状不同而面积相同的陶瓷片弹着点落于中心的概率(抗弹性能)的顺序为圆形>正多边形(边数大于六)>正六边形>正四边形>正三角形。但是圆形陶瓷块和边数大于六的正多边形的陶瓷块拼接后间隙过大,不能形成无缝拼接,影响其抗弹性能的发挥;而正六边形陶瓷防弹片5正好可与周围其余六块陶瓷防弹片5紧密排列,因此本实施中选用六边形的陶瓷防弹片5作为最佳选择。
本实施例中,防护板6采用金属陶瓷复合材料制成,金属陶瓷复合材料具有较高的强度以及较好的韧性,既保留了陶瓷材料硬度高和耐腐蚀、耐高温的抗侵彻的优越性能,又具有金属材料塑性好、抗拉强度高的特性,兼具陶瓷材料和金属材料的双重特点,从而提高了防护板6的抗弹性能,当弹丸在双切削耗能层中坚硬的吸能面板1、吸能背板3等坚硬金属板被击碎或钝化弹丸的作用后,韧性较好的防护板6能够发生变形来吸收弹丸以及吸能面板1、吸能背板3、陶瓷防弹片5碎片的残余动能,从而有效抵抗弹丸侵彻。由此可见防护板6除了能够支撑陶瓷面板,延迟陶瓷破碎时间,还能够吸收弹头和陶瓷锥的残余动能,将弹丸停留在防护板6内。优选的,防护板6与陶瓷防弹片5通过一层高分子纤维连接,不仅起到了黏合作用,同时也能一定程度上增强抗弹防护作用。
为了进一步提高防护板6的拉伸强度、较断裂应变、抗垂直剪切的性能和吸收动能的能力,本实施例中,防护板6采用了梯度金属陶瓷复合材料,即防护板6从设有陶瓷防弹片5的一面到其另一面中陶瓷的含量逐渐增加。梯度陶瓷金属复合材料相比传统陶瓷/金属双层防护相比,要具有更高的防护能力,因为梯度金属陶瓷复合材料中各组分材料的体积含量在空间位置上是连续变化的,而其物理性能没有突变,因而可较好地避免传统的纤维增强复合防弹材料中经常会出现的层间应力集中的问题,从而将陶瓷材料与金属材料有机的连接,显著改善了冲击载荷下界面的应力状态,更高效地分别发挥了陶瓷和金属各自的独特优势。陶瓷相的含量沿防护厚度方向成梯度变化,复合材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度,硬度也逐渐减小,这种变化的方向和斜率与弹丸在弹靶作用过程中弹丸速度的实际变化相对应,从而能够最大限度消耗弹丸的残余动能,同时尽可能减小自身的损伤。且在对弹丸/金属射流防护是吸能和消能和消能的过程中势必会产生大量的热量,这些热量来源于跟陶瓷材料的碰撞摩擦,金属材料被剪切、压缩、塑性形变,弹丸***本身所带来的以及在弹靶作用过程中所产生的其它复杂物理化学反应。而起到背板作用的梯度金属陶瓷复合材料防护板6,其耐高温的特性同时起到了防火隔热层的作用。
进一步,本实施例中,防护板6采用低密度陶瓷(SiC)和轻质铝合金复合而成,达到了防护材料轻型化的设计要求,低成本柔性制造陶瓷金属梯度复合材料(SiC-Al合金系的制备)主要采用液相法,其中包括熔体浸渗法和喷射共沉积技术。
进一步,本实施例中,在对车辆装备进行升级改造的过程中,为了便于拆卸和更换,消能防弹板可设计成类似于反应防护的挂载方式,每一块防护都是一个“单元盒”拥有完整的结构和功能,用螺栓固定,可在短时间内将损毁的防护结构迅速拆卸并更换,大幅提高车辆的生存能力。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种双切削消能防护结构,其特征在于,包括耗能柱、环形切割柱,所述耗能柱的柱顶设有环形凹槽,所述环形切割柱***所述环形凹槽内并与所述环形凹槽形成密封的填充空腔,所述填充空腔内填充有非牛顿流体,所述填充空腔内还设有可被所述环形切割柱切断耗能的若干个吸能杆,所述若干个吸能杆均匀分布在所述填充空腔内并呈三层布置,所述吸能杆的两端分别与所述填充空腔的内侧壁、外侧壁固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种双切削消能防护结构,其特征在于,所述环形凹槽为六边形环槽。
3.根据权利要求2所述的一种双切削消能防护结构,其特征在于,所述耗能柱为与所述环形凹槽形状相匹配的六边形柱。
4.根据权利要求1所述的一种双切削消能防护结构,其特征在于,所述耗能柱、环形切割柱为铝合金材质。
5.一种消能防弹板,采用了如权利要求1-4任意一项所述的一种双切削消能防护结构,其特征在于,包括密布有环形切割柱的吸能面板、密布有耗能柱的吸能背板,所述吸能面板和所述吸能背板固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种消能防弹板,其特征在于,所述吸能面板、吸能背板均为铝合金材质。
7.根据权利要求5所述的一种消能防弹板,其特征在于,包括固定连接在所述吸能背板的防护板,所述防护板与所述吸能背板之间密布有陶瓷防弹片,所述陶瓷防弹片固定在所述防护板上。
8.根据权利要求7所述的一种消能防弹板,其特征在于,所述陶瓷防弹片的形状为六边形。
9.根据权利要求7所述的一种消能防弹板,其特征在于,所述防护板为金属陶瓷复合材料。
10.根据权利要求9所述的一种消能防弹板,其特征在于,所述防护板从设有所述陶瓷防弹片的一面到其另一面的陶瓷含量逐渐增加。
CN202111127881.XA 2021-09-26 2021-09-26 一种双切削消能防护结构以及消能防弹板 Active CN113758375B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111127881.XA CN113758375B (zh) 2021-09-26 2021-09-26 一种双切削消能防护结构以及消能防弹板

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111127881.XA CN113758375B (zh) 2021-09-26 2021-09-26 一种双切削消能防护结构以及消能防弹板

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113758375A CN113758375A (zh) 2021-12-07
CN113758375B true CN113758375B (zh) 2023-03-14

Family

ID=78797430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111127881.XA Active CN113758375B (zh) 2021-09-26 2021-09-26 一种双切削消能防护结构以及消能防弹板

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113758375B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116534071B (zh) * 2023-07-07 2023-09-01 太原理工大学 一种高速轨道交通多级吸能防撞结构

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106090105A (zh) * 2016-08-15 2016-11-09 北京羲源创新科技有限公司 一种两相逆势凝胶柔性安全防护板
CN106123694A (zh) * 2016-06-28 2016-11-16 中国人民解放军军械工程学院 一种抗高速穿甲弹侵彻的装甲防护装置
CN109269350A (zh) * 2017-07-17 2019-01-25 中国人民解放军海军工程大学 陶瓷体填充弹性夹芯复合防护结构
CN109870075A (zh) * 2019-03-28 2019-06-11 河南理工大学 一种用于装甲上的复合防弹板
CN209384508U (zh) * 2018-11-07 2019-09-13 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院 一种拼接式抗爆组合板
CN211178144U (zh) * 2019-04-18 2020-08-04 西安匹克玄铠新材料有限公司 一种抗强击防爆盾
CN112414219A (zh) * 2020-09-30 2021-02-26 北京深海回声科技有限公司 一种基于非牛顿流体的防弹片及其制备方法
CN112659583A (zh) * 2020-12-17 2021-04-16 江苏集萃复合材料装备研究所有限公司 一种新型防弹结构及制造工艺
CN113022033A (zh) * 2019-12-09 2021-06-25 波音公司 防弹板和制作防弹板的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130061739A1 (en) * 2010-02-11 2013-03-14 Wun Chet Davy Cheong Energy dissipation composite material
EP2589483B1 (en) * 2011-11-02 2014-07-09 AIRBUS HELICOPTERS DEUTSCHLAND GmbH Shock and impact resistant multilayered composite and method for its fabrication
CA2907287A1 (en) * 2015-10-09 2017-04-09 Chemposite Inc. Ballistic panel

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106123694A (zh) * 2016-06-28 2016-11-16 中国人民解放军军械工程学院 一种抗高速穿甲弹侵彻的装甲防护装置
CN106090105A (zh) * 2016-08-15 2016-11-09 北京羲源创新科技有限公司 一种两相逆势凝胶柔性安全防护板
CN109269350A (zh) * 2017-07-17 2019-01-25 中国人民解放军海军工程大学 陶瓷体填充弹性夹芯复合防护结构
CN209384508U (zh) * 2018-11-07 2019-09-13 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院 一种拼接式抗爆组合板
CN109870075A (zh) * 2019-03-28 2019-06-11 河南理工大学 一种用于装甲上的复合防弹板
CN211178144U (zh) * 2019-04-18 2020-08-04 西安匹克玄铠新材料有限公司 一种抗强击防爆盾
CN113022033A (zh) * 2019-12-09 2021-06-25 波音公司 防弹板和制作防弹板的方法
CN112414219A (zh) * 2020-09-30 2021-02-26 北京深海回声科技有限公司 一种基于非牛顿流体的防弹片及其制备方法
CN112659583A (zh) * 2020-12-17 2021-04-16 江苏集萃复合材料装备研究所有限公司 一种新型防弹结构及制造工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN113758375A (zh) 2021-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7866248B2 (en) Encapsulated ceramic composite armor
CN103180685B (zh) 具有条形保护元件的装甲板及吸收弹丸能量的方法
US6112635A (en) Composite armor panel
EP0929788B2 (en) Ceramic bodies for use in composite armor
EP1071916B1 (en) Composite armor panel
US7603939B2 (en) Ceramic bodies for armor panel
US20050072294A1 (en) Composite armor plate
US8402876B2 (en) Ballistic lightweight ceramic armor with cross-pellets
US20070089597A1 (en) Lightweight composite armor
EP1925903A2 (en) Armor
US20070028757A1 (en) Composite armor plate and ceramic bodies for use therein
US20090145289A1 (en) Composite armor plate and method for using the same
EP0843149A1 (en) Composite armor panel and manufacturing method therefor
CN113758375B (zh) 一种双切削消能防护结构以及消能防弹板
WO1999050612A1 (en) Composite armor panel
DK178289B1 (en) Light weight composite armor with structural strength
US8141471B2 (en) Initial strike-face layer for armor, a method of constructing an armor plate and armor
US20120186434A1 (en) Ballistic Lightweight ceramic armor with resistant devices based on geometric shapes
EP0942255B1 (en) Composite armor panel
CA2700883A1 (en) Apparatus, methods and system for improved lightweight armor protection
CN114087924A (zh) 一种抗多发弹的轻量化仿生防弹插板及其制造方法
CN115752096A (zh) 一种抗冲击的复合层结构及其制造方法和应用
CN216245850U (zh) 一种抗冲击波与破片联合毁伤的装甲面层及装甲组件
CN215598227U (zh) 一种防弹装甲多层结构
WO2008083457A1 (en) Pellets for use in composite armor panels

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant