８１６ 材料导报 A:综述篇 ２０１８ 年 ３ 月( A)第 ３２ 卷第 ３ 期 状对其防破片性能的影响. 防破片金属材料 [１４]如 防 破 片 钢 板 防 破 片 铝 合 金 板 防 破片钛合金板以 及 各 种 金 属 复 合 板 也 具 有 良 好 的 防 破 片 性 能.这是因为当高速运动的

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1 基于弹丸爆炸毁伤效应的复合材料与结构研究进展 / 尹德军等 815 基于弹丸爆炸毁伤效应的复合材料与结构研究进展 尹德军 1, 郑坚 1, 熊超 1, 殷军辉 1, 刘云峰 2 (1 陆军工程大学石家庄校区, 石家庄 ;2 陆军重庆军代局驻 9804 厂军代室, 曲靖 ) 摘要军用地面装备的方舱化已成为当代不可逆转的发展趋势, 但由于结构特点的限制, 军用方舱的防护能力较弱. 为了提高方舱在现代战争中的生存能力, 基于弹丸爆炸毁伤效应的复合材料与结构的研究受到世界各军事强国的高度重视, 得到了全面发展. 弹丸爆炸的毁伤效应主要包括高速破片的侵彻效应与冲击波的破坏效应, 文章回顾了军用方舱的发展历程, 从防破片侵彻 防冲击波破坏以及防复合破坏效应等方面详细综述了复合材料与结构的研究进展和应用现状. 关键词弹丸爆炸军用方舱毁伤效应复合材料防护结构中图分类号 :TB332 文献标识码 :A DOI: /j.issn 1005G023X ResechPogessonCompositeMteisndStuctuesUsedfoPotection AginstDmgeEfectofPojectieExposion YIN Dejun 1,ZHENGJin 1,XIONGCho 1,YINJunhui 1,LIU Yunfeng 2 (1 ShijizhungCmpusofAmyEngineeingUnivesity,Shijizhung050003;2 MiityRepesenttiveOficein9804 Fctoy,MiityRepesenttiveBueuofAmyinChongqing,Qujing655000) Abstct Themygoundequipmentupgdedtoshetehsbeennievesibetend.BecuseofthestuctuechcteisG ticofmiityshete,itspotectioncpbiityisveywek.inodetoimpovethesuvivbiityofshetesinthew,theeg sechofcompositemteisndstuctuesbsedondmgeefectofpojectieexposionhsbeentchedgetimpotncending tegteddeveopmentinthewod miitypowes.thedmgeefectofpojectieexposion minyincudeshighspeedfgment penettionndshockwvedmge.thisppeeviewsthedeveopmenthistoyofmiityshete.thedeveopmentndppiction onthefgmentpenettion,shockwvedmgendcompositedmgeefectofthecompositemteisndstuctuesesummg ized. Keywods pojectieexposion,miityshete,dmgeefect,compositemtei,potectionstuctue 0 引言 军用方舱是装载军事设备和人员并可提供所需工作条件及环境防护的由夹芯板组装成型的可移动厢体, 适于作为武器装备系统 技术保障器材 指挥通信中心以及各类军事 [1] 人员的装载体和工作间, 被广泛应用于各军兵种. 在西方国家, 它广泛应用于指挥 侦察 探测 控制 气象 通信 机要 抢救 军需 电子对抗 动力电站 检测试验 维修保养 备件储运 勤务作业 医疗卫生 文化宣传 野营生活等各个领 [2G3] 域. 军用方舱具备方便灵活 快速反应以及远程机动等特点, 因此, 军用地面装备方舱化技术已得到各军事强国的高度重视. 然而, 随着军事技术不断取得突破, 在当今和未来战场上, 军用方舱内部设备和工作人员的正常工作及生存受到的威胁日趋严重. 世界各国装备的方舱在满足隐身伪装 防核生化及电磁屏蔽等功能的同时, 正瞄准防破片 冲击 [4] 波这一新的领域快速发展. 当弹丸爆炸后, 装药在极短时间内迅速释放大量能量, 并以冲击波形式对弹丸壳体进行破坏作用, 装药爆炸释放的能量一部分分配在外壳变形和破坏以及给予破片以一定的 初速动能上, 另一部分则分配在爆轰产物的飞散和空气冲击波的形成上. 因此, 弹丸爆炸形成的破坏效应主要包括两个 [5G7] 方面 : 高速破片与冲击波. 目前, 国内外学者已对基于弹丸爆炸毁伤效应的防护材料与结构进行了大量基础性研究工作, 并且取得了一定成果与进展. 1 防破片复合材料与结构研究进展 1.1 防破片复合材料研究进展 防破片陶瓷材料主要包括氧化铝 (A 2O 3 ) 碳化硅 (SiC) 氮化铝 (AN) 碳化硼 (B 4C) 氮化硅 (Si 3N 4 ) 二硼化钛 (TiB 2 ) 等, 其中应用最广泛的是 A 2O 3 和 B 4C 陶瓷体 [8] 系. 近年来, 通过将纳米增强相在陶瓷基体中以纳米尺度稳定均匀分布来制备性能优越的纳米复相陶瓷, 成为国内外陶瓷材料研究的热点, 这对提高防破片陶瓷性能有着重要意 [9] 义. 文献 [10] 成功制备了防护系数较高 抗多发弹能力较强的混杂型 Si 3N 4 /BN 层状复合陶瓷. 通过对其防破片能力的研究发现, 具有混杂结构的 Si 3N 4 /BN 层状复合陶瓷的防破片性能虽然略低于 Si 3N 4 单相陶瓷, 但明显高于多层 Si 3 N 4 /BN 层状复合陶瓷. 另外, 文献 [11G13] 还研究了陶瓷形 基金项目 : 军队重点公关项目 (ZS A12002) 尹德军 : 男,1990 年生, 博士研究生, 主要从事装备轻量化和防护材料领域的研究 EGmi: @qq.com

2 ８１６ 材料导报 A:综述篇 ２０１８ 年 ３ 月( A)第 ３２ 卷第 ３ 期 状对其防破片性能的影响. 防破片金属材料 [１４]如 防 破 片 钢 板 防 破 片 铝 合 金 板 防 破片钛合金板以 及 各 种 金 属 复 合 板 也 具 有 良 好 的 防 破 片 性 能.这是因为当高速运动的弹丸 破片 打击 金 属 材 料 表 面 时, 金属通过塑性变形与失效破坏吸 收高 速破 片的 动 能,达 到 防 破片的目的.一种 好 的 防 破 片 金 属 材 料 应 具 备 良 好 的 力 学 性能 防破片性能以及成型工艺性. 防护材料一直朝 着 轻 质 高 强 的 方 向 发 展,防 护 系 统 的 轻质 高强对提高被防护结构的机 动性 攻 击 力 战 场 生 存 力 至关重要,在此背 景 下,防 弹 纤 维 增 强 复 合 材 料 因 其 独 特 的 性能越来越受到重视.在相同面 密度 条件 下,纤 维 增 强 复 合 材料的防破片性能更佳.其防护机理是 [１５]:破片 与靶板 碰撞 的前期阶段,破片挤压纤维材料使 纤维和 基体 在 高 应 变 率 条 件下产生压 剪破坏,在碰撞后期 破片 出靶 时,由 于 靶 体 剩 余 部分剪切 压缩刚度降低,破片与 靶面 挤压 作 用 减 弱,使 靶 板 背面纤维与破片接触部分为 拉伸 端,形 成 拉 伸 破 坏.破 片 在 侵彻纤维的过程 中,有 拉 伸 纤 维 断 裂 吸 能 层 间 树 脂 层 裂 吸 能 纤维拔脱吸能等吸能形式.防破 片纤 维 材 料 所 特 有 的 柔 韧性,使破片在侵 彻 纤 维 复 合 材 料 时,主 要 的 吸 能 形 式 是 纤 维拔脱,导致纤维 材 料 层 间 分 层 而 形 成 较 大 的 变 形,进 而 形 成 鼓包.高强度纤维材料,如 Kev 纤维 碳纤维 超高分 图 １ STF 增强 Ke v 的微观结构 F i １ Mi c o s t uc t u eo fstfs t eng t henedke v g 子量聚乙烯纤维等都具有很高的 强度,采 用这 种 材 料 做 成 的 陶瓷厚度的增加,靶板的防破片性 能显 著 提 高,因 此,使 用 陶 织物或无纬布具有很强的防破片 能力,通 常作 为 个 人 的 防 护 瓷作为防破片面板具有较好的防护效果. 装备使用. 高冲击液体防破片材料是一 种新 型的 防 破 片 复 合 材 料, 其 基 础 是 剪 切 增 稠 液 体 [１６]( She t h i cken i ngf u i d, STF). STF 是在液相中悬浮大量的胶态氧化 硅粒 子制 备而 成,由分 散相粒子和分 散 介 质 组 成. 该 液 体 在 低 切 变 速 率 下 表 现 为 液态,但在高切变速率下(弹道冲击), STF 呈宏 观刚 性,如图 １( )所示.利用 STF 制造的新型防弹衣穿着柔软舒适,当遭 文献[ １９]通过人工神经网 络 方 法 对 陶 瓷/金 属 防 破 片 结 构的防护性能进行了研究.文 献[ ２０]通 过 理 论 分 析 对 陶 瓷/ 金属靶板的防破片性能进行了 研究,该 模型 可 以 对 破 片 撞 击 靶板后的损失质量和速度以及 背板 的挠 度进 行 估 计,并 通 过 实验验证了模型 的 可 靠 性.文 献 [ ２１]对 四 组 面 密 度 相 同 而 面板和背板 配 置 比 不 同 的 陶 瓷/钢 板 的 防 护 性 能 进 行 了 比 较,研究发现,当面板与 背 板 的 厚 度 比 为 ２ ５ 时,靶 板 的 防 破 击力沿织物迅速分散开,大大 降低 单位 面 积 的 压 强.目 前 用 片性能最佳.文献 [ ２２]通 过 理 论 分 析,研 究 了 陶 瓷/金 属 靶 于防破 片 领 域 的 主 要 是 STF ＧKev 复 合 材 料,微 观 结 构 见 陶瓷/钢复合靶板的 过 程 和 机 理,并 重 点 研 究 了 偏 心 入 射 条 到刀砍 刺,或子弹 弹片的冲击时,它 会 变 得 坚 韧 无 比,将 冲 [ ] 图 １( b).其防护机 理 为 １７Ｇ１８ : STF ＧKe v 受 到 高 速 冲 击 后, 在剪切 力 的 作 用 下,Ke v 织 物 迅 速 将 STF 中 的 分 散 相 粒 子聚集在一起,将织物固定从而防 止织物 在高 速 冲 击 下 的 进 一步移动,这样能量主要被硬质颗 粒相互 作用 及 纤 维 的 拉 伸 变形吸收;在破片 直 接 冲 击 织 物 时,由 于 弹 头 的 剪 切 作 用 或 织物 中 纱 线 的 相 互 移 动, STF 发 生 剪 切 增 稠 行 为,从 而 消 耗 能量. １ ２ 防破片复合结构研究进展 采用均质材料构 成 的 防 破 片 复 合 材 料 通 常 只 能 对 某 类 反装甲武器有效,很难对各种 反装 甲武 器 都 有 效.为 了 能 够 同时防护不 同 种 类 的 反 装 甲 武 器,可 将 不 同 性 能 的 材 料 复 合,成为由多种材 料 构 成 的 复 合 防 破 片 结 构,以 达 到 最 佳 的 综合防破片效果. 陶瓷/金属复合防 破 片 结 构 是 将 高 硬 度 高 抗 压 性 的 陶 板的防破片性能.申志强 [２３]研 究 了 ７ ６２ mm 穿 甲 子 弹 侵 彻 件下靶板的抗弹性能和机理.杜忠华 [２４]研究 了陶 瓷/金属 的 抗破片性能及优化设计,同时讨 论了冲 击载 荷 下 陶 瓷 面 板 的 破碎机理等.另外,文 献 [ ２５]就 陶 瓷/金 属 靶 板 抗 击 破 片 侵 彻时,靶板的最佳 配 置 问 题 进 行 了 研 究,并 给 出 了 抗 击 破 片 时最小面密度的装甲组合. 文献[ ２６]通过 在 陶 瓷 和 金 属 靶 板 之 间 分 别 粘 结 聚 氨 酯 ( PU)和改性橡 胶 环 氧 树 脂 等 软 质 粘 合 剂,对 该 复 合 结 构 的 防护性能进行了研究.研究结果表 明,当 粘 结 层 的 聚 氨 酯 厚 度为 １ ５ mm 时,与受冲 击 陶 瓷 片 相 邻 的 四 块 陶 瓷 片 仅 有 二 块被破坏;而当厚度为 ０ ５ mm 时,四块陶瓷片全部 破碎.当 采用 ０ ５ mm 环氧树脂 粘 结 层 时,其 破 坏 程 度 相 对 于 聚 氨 酯 粘结层明显较小. 以上实验说明,陶瓷与金属板 的粘 结 层 材 料 和 厚 度 均 对 瓷和高韧性的铝合金(或钢板),通 过粘接 或压 力 加 工 的 方 式 陶瓷/金属靶板的防破片性能有一 定 影 响,粘 结 层 材 料 越 厚, 复合而成的层合材料,它具有 良好 的防 破 片 效 果.研 究 结 果 吸能性能越好,而 且 当 采 用 环 氧 树 脂 粘 结 层 时,其 防 护 效 果 显示,由于陶瓷的抗压强度高,在 一定 的面 密度 范围 内,随着 更佳.

3 基于弹丸爆炸毁伤效应的复合材料与结构研究进展 / 尹德军等 817 文献 [27] 对图 2 所示的三种陶瓷 / 金属的防破片性能进 行了研究. 结果表明, 陶瓷 G 金属功能梯度复合材料 ( 图 2(c)) 是一种较为理想的防护装甲, 既满足了装甲抗单发破片能力 的要求, 又提高了其抗多发破片的能力. 图 2 陶瓷 / 金属复合装甲结构示意图 :() 层状复合装甲 ; (b) 均质复合装甲 ;(c) 梯度复合装甲 Fig.2 Stuctuesketchmpofcemic/metcomposite mo:()mintedcompositemo; (b)homogeneouscompositemo; (c)gdientcompositemo 文献 [28] 指出, 对陶瓷边界加以约束是提高其抗破片能 力尤其是抗多发破片能力的重要措施. 封装结构如图 3 所 示. 图 3 金属封装陶瓷复合装甲剖面示意图 Fig.3 Schemticsectionviewofmetencpsuted cemiccompositemo 其原因是当复合装甲受破片撞击时, 由于陶瓷被严格限 定, 只有裂纹而无扩容, 于是破片需要耗散更大的能量来不 断粉碎前端的陶瓷, 同时延长了破片驻留时间, 从而延缓陶 瓷碎裂, 因此可以提高装甲抗破片能力, 尤其是抗多发破片 能力. 而文献 [29] 进一步研究结果表明, 封装陶瓷的厚度和 破片的速度对结构的抗破片性能有很大影响. 轻型防破片材料除了陶瓷 / 金属外, 也可以由陶瓷 / 纤维 复合材料构成. 文献 [30] 采用理论计算 数值模拟和实验的 方法, 就初速为 1250m/s 直径为 12 mm 的 72g 钨芯弹对 陶瓷 / 复合材料的冲击性能进行了研究. 文献 [31] 在文献 [30] 的基础上通过理论计算和数值模拟方法, 对不同厚度组 合的陶瓷 / 复合材料靶板的防破片性能进行了研究, 给出了 [24] 最佳厚度组合. 杜忠华对陶瓷 / 非金属轻型装甲和陶瓷多 层复合装甲的抗破片性能及优化设计进行了研究. 杨威 [32G33] 等建立了低速条件下, 破片撞击陶瓷 / 复合材料时, 破片 及其靶板各阶段状态的动态模型, 最后通过实验验证了模型 [34] 的可靠性.Mines 等就 FSP 弹丸撞击过程中, 陶瓷 / 复合 材料靶板中应力波的传播过程和机理进行了研究.Fwz [35G36] 等使用 LSGDYNA 软件对陶瓷 / 复合材料抗击破片的过 程进行了数值模拟研究. 2 冲击波防护复合材料与结构研究进展 2.1 冲击波防护复合材料研究进展 在冲击波防护材料中, 使用最广泛且最有发展前景的是 [37] 多孔材料.Su 等为增强混凝土墙的抗冲击波性能, 使用 多孔泡沫铝对冲击波进行防护. 研究表明, 多孔材料的力学 性能与材料的基体性质 材料密度 孔径大小等都有密切的 [38] 关系.Ashby 等对泡沫金属的设计和缓冲性能进行了研 [39G40] 究. 田杰等研究发现, 在爆炸载荷下, 泡沫铝中的冲击 波强度随着距离的增加呈指数衰减. 泡沫铝具有优秀的衰 减冲击波强度的特性, 该类低阻抗高耗散材料能够有效地减 小冲击波超压, 对冲击波起到有效的衰减作用. 另外, 杨东 [41] 辉等就孔隙率对胞状铝合金的压缩性能 压缩吸能能力和 能量吸收效率的影响以及吸能性能的综合评判方法进行了 [42] 研究. 程涛等研究了应变率对泡沫金属力学性能的影响, 研究表明, 当应变率从 10s -1 增加到 10 3 s -1 时, 泡沫金属的 平台应力增加 20%~90%. 高分子泡沫塑料作为典型的冲击波缓冲材料, 包括很多 种类, 如聚氨酯泡沫塑料 (PUF) 酚醛树脂泡沫塑料等.20 世纪 60 年代,Kee 就提出使用密度很小的 PUF 材料来对 [43G44] 冲击波进行衰减. 之后,Tedesco 等学者分别应用分离 式 Hopkinson 压杆技术对 PUF 在高应变率下的性能进行了 研究. 文献 [45] 采用改进的分离式 Hopkinson 压杆研究了 软质聚氨酯泡沫的应变率效应, 结果表明, 材料强度对密度 和应变率敏感, 同时, 动态时材料的最大吸能效率比静态时 [46] 小. 蔡军锋研究了超高分子量聚乙烯 / 聚氨酯泡沫塑料 (UHMWPE/PUF) 复合材料的抗冲击波性能, 通过比较不同 的 UHMWPE/PUF 结构以及 UHMWPE 长度对冲击波防 护性能的影响, 结果表明,UHMWPE/PUF 对爆炸冲击波具 有很好的衰减功能, 而且 UHMWPE 的长度也对冲击波具有 [47] 一定影响. 另外,Rond 等研究了硬质聚氨酯泡沫 (RPF) 对地雷的防护, 结果表明,RPF 可吸收来自爆炸的冲击波能 [48] 量, 从而减轻对军用设备和车辆的损伤. 关博文等研究表 明, 泡沫混凝土也是一种优良的抗冲击吸能材料. 它不仅可 以改变防护结构内各结构层的能量分布状态, 而且对爆破能 量有明显的反射和吸收作用, 可显著提高复合结构的防冲击 [49] 波性能.Cheng 等就高分子填充泡沫金属结构的吸能性 能进行研究, 结果表明, 该复合结构具有较好的吸能性能. [50] Mnu 等研制了一种自修复复合泡沫塑料基体的网格硬 化 三明治 结构, 该结构在泡沫受损害时, 可以多次 ( 七次 ) 自动 ( 只需要加热 ) 有效 ( 恢复后的强度甚至超过之前的 100%) 地修复. 2.2 防冲击波复合结构研究进展 泡沫材料作为吸能和防冲击波材料, 由于其自身性质的 影响, 很少单独使用, 往往作为夹层材料来实现对冲击波的 防护. 爆炸防护结构对冲击波具有重要影响, 研究者采用了 不同的防护结构对冲击波进行防护, 如夹芯防护结构 蜂窝 夹层板泡沫和增强薄壁结构等. [51] Dong 等就爆炸冲击载荷下, 硬 G 软 G 硬 三明治 结构的 动态响应过程进行了研究. 文献 [52] 开发出了一种新型复

4 818 材料导报 A: 综述篇 2018 年 3 月 (A) 第 32 卷第 3 期 合结构来进行爆炸波的防护, 其主要由五个组件构成, 如图 4 所示. 图 4 新型爆炸防护复合材料结构图 Fig.4 ConfigutionofnewtypeofbstGpotective compositemteistuctue [53] 边小华等对普通钢板防护门 ( 图 5()) 和有泡沫铝夹 层的钢板防护门 ( 图 6()) 两种防护结构的隔爆性能进行了 对比分析. 从图 5(b) 和图 6(b) 的模拟结果可以看出, 有泡 沫铝夹层的钢板防护门组合结构背面的爆炸冲击波峰值压 力约为普通钢板防护门背面峰值压力的 1/10, 即有泡沫铝夹 层的钢板防护门对爆炸冲击波有良好的衰减特性. 因此, 在 防冲击波结构设计中, 刚柔并重的设计比纯刚性的设计要更 加合理, 其防冲击波效果也明显要好得多. 图 6 有泡沫铝夹芯层时防护门模型及钢板背面压力时程图 Fig.6 Potectivegtemodewithuminumfomcoend thepessuegtimeetionbehindthesteepne 图 7 三种防冲击波结构及其在爆深为 0.3m 下缘板 中心处应力强度时程曲线 Fig.7 Theetypesofbstpoofstuctuendthe equiventstesshistoycuveofbotomsheet centeundedetontionheightof0.3m 图 5 无泡沫铝夹芯层时防护门模型及钢板背面压力时程图 Fig.5 Potectivegtemodewithoutuminum fomcoendthepessuegtimeetion behindthesteepne [54] 任志刚等通过研究聚氨酯泡沫夹层板 粘钢混凝土板 及混凝土板三种不同防护结构的防冲击波性能, 证明复合夹 层板防护效果最好, 如图 7 所示. [55] Dhmsen 等采用鲁棒优化方法对防冲击波面板 (BRPs) 进行了优化设计, 以此来得到具有最佳吸能能力的面 板材料, 使优化材料在各种条件下均具有很好的适应性, 以 满足各种工况的要求. 文献 [56] 研究了编织夹芯结构吸收 横向压缩载荷的性能, 实验表明, 该结构在压垮过程中, 其力 学响应几乎为常数, 证明该结构非常适合在防冲击波场合使 用. [57] 孙杰等对玻璃钢蜂窝夹层复合材料的静动态和抗冲 击波力学性能的研究表明, 玻璃钢蜂窝夹层复合材料是制作 [55,58] 浅埋抗冲击波结构的理想材料.Stephnie 等对蜂窝夹 层板 ( 如图 9 所示 ) 的冲击波防护能力进行研究, 结果表明,

5 基于弹丸爆炸毁伤效应的复合材料与结构研究进展 / 尹德军等 819 蜂窝尺寸 形状 相对密度 空间拓扑结构等都对结构的防冲 [59G60] 击波能力有很大影响. 张延昌等研究表明, 结构密度 蜂窝夹芯层壁厚 边长是影响结构耐撞性的关键因素, 而夹 芯高度的影响不大. 鉴于多孔材料不适于单独用作承载结构的缺点, 近年 来, 很多研究者将多孔材料与薄壁结构相结合, 获得了满意 [61] 的吸能效果. 宋宏伟等通过对多孔材料填充薄壁结构的 能量吸收性能进行了研究, 发现薄壁结构的吸能略有增加, [62] 多孔材料的吸能增加 40% 左右. 黄西成等通过研究泡沫 铝填充结构的吸能特性, 发现填充结构中钢质圆柱壳在整个 冲击吸能过程中占主要地位, 当柱壳的壁厚从 1mm 增加至 [63] 2mm 时, 总的吸能提高 90%.Chen 等研究了钢壁筒 钢 壁筒填充蒸馏水以及钢壁筒填充纳米多孔硅功能液体材料 (NMF) 等三种材料的压缩行为, 结果发现, 钢壁筒填充 NMF 的能量吸收能力大于钢壁筒和钢壁筒填充蒸馏水的结构, 实 验装置如图 9 所示. 图 9 NMF 填充钢壁筒压缩实验示意图 Fig.9 SkectchmpofNMFeinfocedthinw tubecompessingexpeiment 3 弹丸爆炸复合破坏效应及防护研究进展 弹丸的爆炸破坏效应主要包括破片破坏效应与冲击波 破坏效应, 而不少学者通过对其破坏效应的研究发现, 其综 合破坏效应大于两者的破坏效应的总和. 文献 [64] 研究了破片和冲击波毁伤效应的相关性, 结果 表明, 破片的最大速度和壳体厚度对爆炸冲击波能量的影响 因子随弹壳厚度的增加而降低, 弹壳增厚会使爆炸冲击波的 能量减弱. 文献 [65] 研究了破片与冲击波复合效应对防护 门结构的破坏效应, 结果发现, 在近区破片滞后于冲击波, 而 在远区破片超前于冲击波. 破片与冲击波对工程结构的复 合破坏效应, 不是两者破坏效应的简单叠加, 而是大于两者 破坏效应之和, 且具有不同的破坏机理和作用规律. 总之, 由于常规武器冲击波与破片复合破坏效应的研究存在一定 困难和待解决的关键问题, 国外还没有形成可靠和完善的分 析计算方法, 国内对该问题的研究也不够系统, 特别是缺少 弹丸爆炸后冲击波与破片对结构 ( 或目标 ) 的综合破坏研究. 当前的防护材料研究, 主要是从单一角度进行防护, 如防破 片材料或冲击波防护材料等. 而所谓综合防护, 就是对弹丸 爆炸后产生的破片和冲击波复合效应的综合防护. 文献 [66] 提出了衰减冲击波和防护破片的土状颗粒填 充纤维增强聚合体板 (FRP) 的结构,FRP 具有相对柔韧的特 点, 可以进行爆炸载荷的吸收, 另外, 通过在 FRP 中填充土 状颗粒状物质来实现破片防护, 提高了其内部抵御能力. 文 献 [67] 对以芳香族聚酰胺蜂窝为夹芯 碳纤维增强聚合体为面板的 三明治 结构的复合材料直升机结构进行了爆炸和破片穿透效应分析. 文献 [68] 开发了天然及嵌入式的基于 TiGA 系统的金属 G 合金夹层 (MIL) 复合材料结构, 该复合材料结构具有很好的力学特性, 例如高强度 高硬度 高结构韧性, 以及防穿透性等. 4 结语 从国内外的研究动态来看, 基于弹丸爆炸毁伤效应的复合材料与结构的研究越来越活跃, 也受到各军事强国的高度重视. 国内外学者一方面针对陶瓷 金属 高强度纤维 高冲击液体等防破片材料以及陶瓷 / 金属材料 陶瓷 / 纤维复合材料等复合防破片结构的力学特征 吸能方式 损伤机理等问题进行了重点研究 ; 另一方面, 针对多孔材料 高分子泡沫塑料 泡沫混凝土 高分子填充泡沫金属结构等典型冲击波防护材料以及夹芯防护结构 蜂窝夹层板泡沫结构 增强薄壁结构等典型防冲击波复合结构的设计方法 防护性能 耗能机制等问题展开了重点研究. 防护复合材料与结构的设计 制备及应用是一个复杂的系统工程, 从各种材料防破片与冲击波的机理 研发制备, 到防护材料的应用, 都有待于进一步研究. 虽然当前针对爆炸防护材料与结构的研究已取得很多成果, 但针对弹丸爆炸破片和冲击波综合防护的复合材料或结构设计相对较少. 目前采用的爆炸防护材料与结构, 其性能往往是顾此失彼, 不能将破片防护和冲击波防护性能相结合, 即使对于个别具有双重防护功能的材料, 其结构也是过于复杂, 原材料价格较高, 工艺制备难度大, 总体造价昂贵. 因此, 今后应更加集中力量针对基于弹丸爆炸复合破坏效应的防护材料的结构设计与制备进行重点研究. 该领域研究的开展将促进爆炸与冲击动力学与材料学等学科的交叉融合, 针对复合材料结构在有限空间防护领域中的应用研究和功能化设计也具有重要的科学意义和应用价值. 参考文献 1 ZhngZejing.StudyonfieGpotectionyeofbstpoofndbueG tpoofsquecbinfomiityuse[j].jounofsfetysciencend Technoogy,2007,3(2):55(inChinese). 张泽江. 防爆防弹军用方舱防火保护层技术探讨 [J]. 中国安全生产科学技术,2007,3(2):55. 2 YnGuoqing.Coosionesistncebiityofmiityshete[J].New Technoogy & NewPocess,2015(7):137(inChinese). 闫国庆. 浅谈军用方舱的抗腐蚀性能 [J]. 新技术新工艺,2015(7): WeiRubin,ZhiWen,LiFeng,et.Appictionofhigheficiency impctesistntcompositesinbuetpoofndexposionpoofshete [J].EngineeingPsticsAppiction,2016(4):131(inChinese). 魏汝斌, 翟文, 李锋, 等. 高效抗冲击复合材料在防弹防爆方舱中的应用 [J]. 工程塑料应用,2016(4): DiYoubin,ZhouZosheng,ZhngShnggen,et.UtimtebeG ingcpcityccutionndeinfocementnysisofsquecbin undeexposiveimpctod[j].jounof Vibtionnd Shock, 2006,25(3):127(inChinese). 戴佑斌, 周早生, 张尚根, 等. 爆炸冲击载荷作用下方舱的极限承载力计算与加固分析 [J]. 振动与冲击,2006,25(3):127.

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