装甲陶瓷预应力加载装置设计与有限元分析(2)

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3.4 螺纹副的设计计算 12

4 建模 15

4.1 三维建模 15

4.2 工程图模型 18

5 实验 24

5.1 实验目的 24

5.2 实验仪器 24

5.3 实验步骤 25

5. 4 计算原理 27

5 . 5 数据处理 28

6 有限元仿真 33

7 理论与仿真对比 42

结论 44

致谢 45

参考文献 46

第 II 页本科毕业设计说明书

1 引言

陶瓷材料作为一种极具发展前景的高性能装甲材料，具有低密度、高硬度、高体积模量的优点。它的低密度可以大幅度减轻装甲重量，满足步兵及其他作战人员装备高机动性的要求；高硬度能大大降低破甲武器的侵彻作用；高体积模量使其在被侵彻时保持较高的侵彻阻力，使弹体破碎，吸收弹体动能；同时，陶瓷具有较高的抗压强度和抗弯强度，避免了拉伸波传播造成的材料断裂。

然而，陶瓷又是脆性材料，它的韧性和强度都有待提高。当弹丸高速撞击陶瓷面板时，陶瓷内部产生应力波并且表面形成裂纹。由于应力波传播速度和陶瓷裂纹扩展速度都远远大于弹丸的侵彻速度，所以，在弹丸尚未穿透陶瓷时，陶瓷就会破碎并且飞溅，不能对弹丸起进一步的抗侵彻作用[1]。这种现象在厚陶瓷板表现的尤为明显，只有在陶瓷板保持完整的情况下，即有裂纹而无扩容作用时才能充分的发挥陶瓷的抗侵彻性能[2]。进一步研究发现，通过采用陶瓷金属复合装甲结构和对陶瓷材料施加约束的方法，使陶瓷内部产生预应力，可以有效地提高陶瓷材料的防护系数。本论文的目的是设计一种实际中可应用的装甲陶瓷预应力加载装置，提高陶瓷的强度，降低拉伸破坏敏感性，来改善陶瓷的抗侵彻性能。

1.1 论文研究的背景和意义

在现代高科技战争中随着反装甲武器的更新换代，用于抗中、高速冲击的防护装甲日益受到重视，对装甲材料性能提出更高的抗冲击能力、抗崩落能力还有抗侵彻能力的要求。从实用性方面来说，就是要求装甲材料具有“三高一低”的特性，即高硬度、高强度、高韧性和低密度。

仔细研究装甲材料的发展史，可分为以下几种类型：玻璃钢、Kevlar、金属材料和陶瓷材料。玻璃钢密度低，强度高，但是硬度低。Kevlar 材料是二十世纪六十年代美国杜邦公司研制出的一种易于加工和成型的芳纶复合材料，它具有韧性好，强度高，密度低，耐高温的特点，被称为“装甲卫士”，但是硬度较低。金属材料硬度和韧性都较高，但是密度约为陶瓷的两倍，硬度也比陶瓷材料低。陶瓷材料除了拥有比金属更胜一筹的硬度，很低的密度以外，还具有较高的抗压强度和抗弯强度等特点，同时陶瓷材料生产工艺成熟、价格低廉、资源丰富，为大幅提高复合装甲的抗侵彻能力提供了可能[3]。论文网