LS-DYNA功能梯度防护材料抗侵彻能力分析及优化设计(3)
70年代初，西德首先将间隙装甲和其它改进结构装甲运用到豹1A3坦克炮塔上。70年代中期，前苏联主战坦克T-72前装甲上首先采用金属与非金属厚复合装甲。同时，多层间隙装甲和将乘员与易燃易爆物品分离的分隔装甲也被运用到美国主战坦克上。
80年代初，防破甲弹的爆炸式反应装甲开始在中东战场上发挥重要作用。与其它类型的装甲不一样，反应装甲摒弃了过去装甲静态地抵抗弹丸攻击的做法，而是动态地作用反馈到弹丸身上，因此被称为反应装甲。现在我们一般把反应装甲划为两大类型：一种是运用比较多，被人们熟悉的“爆炸反应装甲”（Explosive Reactive Armor ERA），另一种是很少应用，可以说是默默无闻的“非能量反应装甲”（Non-Energetic Reactive Armor NERA）。这两种反应装甲的区别十分明显：爆炸反应装甲的能量来自本身携带的炸药，而非能量反应装甲自身并不具有任何能量，主要从攻击的弹丸上获得部分能量。当炮弹击中非能量反应装甲，冲击时产生的冲击波会传入装甲内的材料，但装甲本身特有的反应结构又对能量的传递产生限制并进一步地反弹，从而抵消部分冲击能量，削弱弹丸的侵彻破坏能力。
80年代末期，美国M1A1 主战坦克装备的主装甲为由超硬度、高密度贫铀合金和Kevlar-29纤文增强环氧树脂复合材料组成的先进复合装甲,它能够极大程度地缓冲、吸收和分散来袭弹丸的破坏能量。这种装甲非常有效地提高了主战坦克的抗穿甲弹、破甲弹能力：抗穿甲弹能力达600mmRHA，抗破甲弹能力达1300mmRHA 。在1991年发生的海湾战争中，我们可以发现伊T-55坦克炮弹击中M1A1主装甲后，这种坦克甚至可以说是毫发无损；而T-72坦克炮弹击中其后，也无法造成预期的伤害，只能留下一个小小的弹坑, 对内层材质的破坏程度更是极其微小，可以说是聊近于无。1991 年美国陆军与通用动力公司合作，将改进型复合装甲运用到新研发出来的M1A2主战坦克身上,使得其防穿甲能力已经高达900mmRHA, 抗破甲能力超过1500mmRHA大大提高了该坦克在战场上的生存能力及战斗力[6]。
至此，在经历了均质装甲、间隙装甲、复合装甲、间隔防护、反应装甲、动态装甲等装甲时代的长足发展，现代防护体系已经趋于完善。
1.2.2 复合材料概况
陶瓷材料：陶瓷材料一般指氧化铝、碳化硅、二硼化钛或碳化硼等。陶瓷材料密度较低，只有钢的一半甚至三分之一，但硬度却非常高，陶瓷材料的硬度与钢等的表示方法不同，用文氏硬度VHN表示。它们最小的VHN都不止1500，其中碳化硼硬度极高，VHN甚至达到2800-3400。极高的材料硬度也意着极低的材料韧性，受到攻击时容易发生碎裂。破碎有时虽然能够分散攻击力量，但这却使防护装甲成为一次性用品。所以在陶瓷/金属复合装甲中，需要有一些韧性比较好的材料来保护脆弱的陶瓷材料，比方说把小块的陶瓷碎片或者陶瓷粉末加入到金属材料之中，利用金属的优良韧性来保护陶瓷，吸收冲击带来的损坏能量，以免其在一击之下全部破碎。如今陶瓷/金属复合材料已被普遍应用于军工、宇航及机械等领域，影响着人们的生活。由于陶瓷/金属复合装甲的侵彻过程十分复杂，目前对陶瓷/金属复合装甲的抗侵彻研究还不够充分，存在一些不足，：一是陶瓷/金属复合装甲的研究主要集中于弹丸垂直侵彻靶板中心区域，对于子弹侵彻靶板边缘的状况很少进行研究；二是无法对复合装甲粘结层的作用机理深入研究分析，无法建立科学系统的分析计算模型；三是陶瓷/金属复合装甲抗反复打击能力差，因为陶瓷韧性较差，在弹丸一次侵彻冲击下，陶瓷面板会发生大面积的崩裂、破碎，同时破碎的陶瓷飞溅，面板与背板分离，导致受损区域抗弹性能下降[7]。此外，在复合装甲研究方面，国内外大都把人力、精力和财力投入到材料的破坏机理、破坏因素上，而对于不同材料之间的优化组合设计研究的十分少[8]。
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