兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 1637-1647.doi: 10.12382/bgxb.2023.0090
刘保华1, 徐文龙2,*(), 王成1,**(
), 杨同会3, 葛萌2
收稿日期:
2023-02-15
上线日期:
2023-05-13
通讯作者:
基金资助:
LIU Baohua1, XU Wenlong2,*(), WANG Cheng1,**(
), YANG Tonghui3, GE Meng2
Received:
2023-02-15
Online:
2023-05-13
摘要:
为满足装甲车等武器装备在接触爆炸下的防护需求,通过实验与数值模拟开展单层钢板及迎/背爆面聚脲增强钢板接触爆炸下的抗爆性能研究,分析不同面密度、不同聚脲涂覆位置下钢板的破坏模式及防护机理,探究在一定面密度下钢板-聚脲厚度比对复合结构抗爆性能的影响。研究结果表明:背爆面涂覆等厚度聚脲能够有效减小钢板背面穿孔及拉伸破坏,降低结构残余位移,迎爆面涂覆等厚度聚脲能够显著增强结构抗爆能力,使接触爆炸下的钢板损伤大大降低;相同面密度下,聚脲吸能性能与聚脲厚度正相关,但是聚脲过厚会导致复合结构变形加大,稳定性降低;综合考虑聚脲增强钢板结构的破坏变形、速度衰减以及能量吸收情况,在研究范围内,钢板迎爆面涂覆厚度比为1∶0.78的聚脲层具有最佳的抗爆性能。
中图分类号:
刘保华, 徐文龙, 王成, 杨同会, 葛萌. 接触爆炸下聚脲涂层增强钢板的抗爆性能[J]. 兵工学报, 2024, 45(5): 1637-1647.
LIU Baohua, XU Wenlong, WANG Cheng, YANG Tonghui, GE Meng. Contact Explosion Resistance of Steel Plates Reinforced with Polyurea Coating[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(5): 1637-1647.
工况 | 钢板 厚度/mm | 聚脲 厚度/mm | 涂覆 位置 | 面密度/ (kg·m-2) |
---|---|---|---|---|
1 | 5 | 无 | 无 | 39.25 |
2 | 5 | 5 | 背爆面 | 44.35 |
3 | 5 | 5 | 迎爆面 | 44.35 |
4 | 10 | 无 | 无 | 78.50 |
表1 接触爆炸实验工况
Table 1 Contact explosion test conditions
工况 | 钢板 厚度/mm | 聚脲 厚度/mm | 涂覆 位置 | 面密度/ (kg·m-2) |
---|---|---|---|---|
1 | 5 | 无 | 无 | 39.25 |
2 | 5 | 5 | 背爆面 | 44.35 |
3 | 5 | 5 | 迎爆面 | 44.35 |
4 | 10 | 无 | 无 | 78.50 |
E/ MPa | ρ/ (kg·m-3) | ν | σY/ MPa | ET/ MPa | Fs | C/s-1 | P |
---|---|---|---|---|---|---|---|
2.1×105 | 7850 | 0.3 | 355 | 2000 | 0.15 | 1885 | 2.54 |
表2 45号钢材料参数[31]
Table 2 No.45 steel material parameters[31]
E/ MPa | ρ/ (kg·m-3) | ν | σY/ MPa | ET/ MPa | Fs | C/s-1 | P |
---|---|---|---|---|---|---|---|
2.1×105 | 7850 | 0.3 | 355 | 2000 | 0.15 | 1885 | 2.54 |
E/MPa | ρ/(kg·m-3) | ν | σY/MPa | ET/MPa | FAIL |
---|---|---|---|---|---|
234.6 | 1020 | 0.4 | 15.7 | 23.4 | 0.85 |
表3 聚脲材料参数
Table 3 Polyurea material parameters
E/MPa | ρ/(kg·m-3) | ν | σY/MPa | ET/MPa | FAIL |
---|---|---|---|---|---|
234.6 | 1020 | 0.4 | 15.7 | 23.4 | 0.85 |
A/GPa | B/GPa | R1 | R2 | ω |
---|---|---|---|---|
307 | 3.898 | 4.485 | 0.79 | 0.3 |
E/GPa | ρe/(kg·m-3) | DC-J/(m·s-1) | pC-J/GPa | |
6.9684 | 1580 | 6880 | 19.4 |
表4 TNT的JWL参数
Table 4 TNT’s JWL parameters
A/GPa | B/GPa | R1 | R2 | ω |
---|---|---|---|---|
307 | 3.898 | 4.485 | 0.79 | 0.3 |
E/GPa | ρe/(kg·m-3) | DC-J/(m·s-1) | pC-J/GPa | |
6.9684 | 1580 | 6880 | 19.4 |
工况 | 钢板 | 聚脲开孔/ mm | 仿真值与实验值的 误差/% | |||
---|---|---|---|---|---|---|
迎爆面开孔/ mm | 仿真值与实验值的 误差/% | 背爆面开孔/ mm | 仿真值与实验值的 误差/% | |||
1 | 22.30 | 1.76 | 17.90 | 1.70 | ||
2 | 22.10 | 6.25 | 15.10 | 9.42 | 17.30 | 1.82 |
3 | 23.57 | 6.09 | ||||
4 |
表5 接触爆炸实验工况数值模拟结果
Table 5 Numerically simulated results of contact explosion test conditions
工况 | 钢板 | 聚脲开孔/ mm | 仿真值与实验值的 误差/% | |||
---|---|---|---|---|---|---|
迎爆面开孔/ mm | 仿真值与实验值的 误差/% | 背爆面开孔/ mm | 仿真值与实验值的 误差/% | |||
1 | 22.30 | 1.76 | 17.90 | 1.70 | ||
2 | 22.10 | 6.25 | 15.10 | 9.42 | 17.30 | 1.82 |
3 | 23.57 | 6.09 | ||||
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