陶瓷球金属复合结构的抗弹性能和梯度设计

陈 铭，张永亮，郑 航，赵 凯，郑志军

（中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为和设计重点实验室，安徽 合肥 230026）

陶瓷作为高硬度、轻质的脆性材料，常常与金属材料结合使用，被广泛应用于装甲防护领域。当拼接方式不同时，陶瓷金属复合装甲的抗弹性能将出现很大的差异。因此，结构设计成为复合装甲的重要研究方向。常见的夹芯式结构虽然抗弹效果显著，但是局部的穿孔往往引起整块复合靶板的损坏。为了提高陶瓷金属复合靶板抗多次打击的能力，往往采用拼装陶瓷复合结构方式，典型的做法是将陶瓷球作为复合靶板中的增强颗粒代替整块夹芯陶瓷，其原理是将破坏集中在单块陶瓷内，从而缩小破坏面积[1-2]。

国内外学者在不大幅降低陶瓷复合靶板抗弹性能的前提下，对如何提高陶瓷球的可重复利用性，开展了大量的研究工作。刘永强等[3]通过实验研究了陶瓷球尺寸对复合靶板抗弹性能的影响，结果表明由6 mm 陶瓷球制成的复合靶板的抗弹效果最好，但对其原因缺乏机理性分析。陈兴等[4]总结了金属基陶瓷增强颗粒复合材料的制备方法，并针对如何改善陶瓷球与基体材料的浸湿性问题给出了指导意见，为后续复合材料的制备及实验的开展指明了方向。Liu 等[5]采用LS-DYNA 中的光滑粒子法模拟计算了在混凝土上铺设陶瓷球对刚性弹的抗侵彻效果，证实了陶瓷球结构抗多次打击的能力，并且得出了陶瓷球越小则对子弹的耗能效果越明显的结论，然而他们采用的是刚性子弹，未考虑子弹在侵彻过程中磨蚀造成的影响。……