含阶梯梯度泡沫金属的陶瓷复合装甲动态力学响应研究

陶瓷复合装甲主要由高硬度面板、陶瓷和高韧性背板组成，在其抗侵彻过程中，陶瓷层使得弹体发生破碎或弹头钝化从而增大侵彻阻力，高硬度面板用于约束陶瓷层并使得陶瓷碎片与弹体充分相互作用，高韧性背板用于吸收弹体剩余的动能，从而达到抗弹的目的。因此，开发高性能的陶瓷和高吸能特性的背板是提高陶瓷复合装甲抗弹性能的两大主要途径。本项目围绕研究和开发高性能的陶瓷复合装甲背板，分别开展了泡沫铝及其夹芯结构在冲击载荷下的动态力学响应和吸能特性，得到了泡沫铝在高应变率下的动态力学响应和吸能特性，分析了泡沫铝夹芯梁在冲击载荷作用下的破坏机理；开展了薄壁结构的屈曲机理和吸能特性的研究，分析了压痕和应力波对薄壁方管坍塌和吸能特性的影响；研究了侵彻载荷下陶瓷碎片材料的抗侵彻性能研究，分析了陶瓷碎片颗粒大小对弹体的侵蚀效应；开展了爆炸冲击载荷下多层结构的破坏机理，分析了应力波在不同介质层中的衰减规律，为设计高性能陶瓷复合装甲背板提供理论基础。 2100433B

本项目拟研究含阶梯梯度泡沫金属芯层的陶瓷复合装甲的动态力学响应，以实现高性能陶瓷复合装甲的轻量化。阶梯梯度泡沫金属通过增强复合装甲背板吸能特性从而提高其抗弹性能，因此，具有良好动态力学性能和吸能特性的阶梯梯度泡沫金属是设计高性能陶瓷复合装甲的关键因素。本项目采用不同密度的均质开孔泡沫铝合成阶梯梯度泡沫铝复合材料,通过改进霍普金森压杆装置和加载技术及测试方法,研究阶梯梯度泡沫铝及其夹芯板的动态力学性能和变形机理，分析密度梯度、层数和厚度对应力波传播和吸能特性的影响；建立数值计算模型且与实验结果验证，研究高精度响应面代理模型建模方法，建立阶梯梯度泡沫铝参数化优化设计模型；通过开展侵彻实验，研究陶瓷复合装甲各层间载荷传递机理，设计且优化含阶梯梯度泡沫铝芯层的陶瓷复合装甲并建立动力学响应模型，为梯度泡沫金属在复合装甲的应用提供理论基础。因此，本项目的研究具有较大的科学研究意义和工程应用价值。

含能颗粒床破碎与颗粒间就力的实验测定，破碎诱发异常燃烧的实验研究，考虑颗粒床破碎的多维多相反应流体动力学模型及其数值模拟。该课题涉及燃烧学、多相流体力学与弹塑性力学的交叉学科，成果可应用于能源、航空航天、化工、国防、环境工程等技术领域，对于提高我国燃烧器安全运动具有重要意义。

混凝土是一种应用极其广泛的工程建筑材料，一些重要的混凝土建筑物有可能承受变化剧烈的冲击载荷，需要具备抗侵彻、抗层裂的能力。因此研究混凝土材料动态力学性能具有重要实用价值和军事背景。然而，混凝土又是种组份十分复杂的硅酸盐复合材料，骨料尺寸大，质地脆，均匀性差，材料内部存在着大量微空洞和微裂缝等损伤，它们都对混凝土材料的力学性能有重要影响。研究混凝土材料的动态力学性能，涉及到材料的本构关系，动态断裂，损伤演化以及相关的实验技术等方面的内容。因此本研究工作又具有十分重要的学术意义。.本项目将对混凝土材料的动态力学性能开展较为系统的实验研究。试图利用大尺寸SHPB对混凝土材料进行冲击压缩试验，提出测量混凝土材料动态应力-应变关系的实验新方法；并对混凝土材料的层裂现象和材料内部的损伤演化规律进行定量的实验研究。 2100433B