摘要
随着杀伤元的多样化，枪弹、破片以及爆炸冲击波等都会对战斗人员造成损伤，防弹衣这一单兵防护装备目前已被广泛的应用到各个领域，且在防护性能、舒适性等方面不断更新优化。尽管目前人们对防弹衣的防弹性能和机理有着深入了解，但对防护过程中造成的钝击效应和损伤情况仍缺乏认识。本文采用试验与数值计算相结合的方法，重点研究了手枪弹侵彻软防护后不同背衬材料所造成的钝击效应，为防护后钝击效应的研究提供了重要参考，并形成了一套完整的轻武器钝击效应试验与数值计算方法。本文的主要工作和研究成果如下： 根据防弹衣安全测试标准，需要对防弹衣在不同弹着点与不同入射角度进行6发有效射击。为了试验过程中的安全性与连续性，自主设计一套单兵防护装备测试系统，以满足测试过程中的射击条件。首先是对靶架系统主体结构的设计，构建了升降与回转的驱动系统，其中升降采用电推杆驱动，回转采用电机与滚珠轴承驱动系统驱动。对靶架的电控系统进行控制的初步设计与能源的选择。其次构建了弹道枪架系统的旋转结构与俯仰结构，靶架系统与弹道枪架系统共同构成单兵防护装备测试系统，能够实现在防弹衣测试过程中改变弹着点位置、改变入射角度的功能。 首先利用万能材料试验机对胶泥、肥皂进行了三种不同温度、不同应变率下的准静态压缩试验。试验结果表明，在准静态压缩下胶泥与肥皂的应力应变曲线都具有凸向上的非线性特征。其次使用霍普金森杆（SHPB）配合PVDF压电薄膜传感器获得了两种材料在高应变率状态下的应力应变曲线，并对试件的惯性效应进行了修正。实验结果表明，两种材料的应力应变曲线具有明显的非线性特征和应变率敏感性。 对两种典型杀伤元9mm手枪弹与7.62mm手枪弹侵彻软防护模拟靶标时的钝击效应进行了实验研究，获得了两种弹丸造成的钝击效应试验数据和作用特征；通过对比分析同种弹丸对不同背衬材料造成的钝击效应，以及不同弹丸对相同背衬材料造成的钝击效应，得到了不同速度、动量条件下，弹丸对背衬材料所造成的钝击凹陷深度、直径、体积之间的变化规律。 通过试验与数值模拟对比的方法研究手枪弹侵彻软防护模拟靶标的钝击效应。采用LS-DYNA仿真软件计算手枪弹侵彻软防护模拟靶标过程中的钝击现象，根据背衬材料的应力应变曲线，确定本构模型，并标定出各材料参数，建立精确的数值模拟计算模型。分别获得了胶泥、肥皂、明胶三种背衬材料作为模拟靶标，钝击凹陷和压力波的形成与变化规律，进一步揭示了手枪弹非贯穿伤钝击效应作用机理，并得出三种背衬材料受到冲击后的钝击凹陷和压力波的钝击效应评估数据。
NETL