本科毕业设计说明书 第 3  页 等质量下抗侵彻性能却可以达到钢的 3~5 倍，并且其拥有成本低廉、烧结性能好、表面粗 糙度低、制品尺寸稳定等优点，成为了装甲陶瓷材料应用中的主流。

在准静态和一定应变率加载条件下，陶瓷材料为弹脆性材料，但是，随着应变力的增 大，陶瓷材料会表现出一定的应变率效应及非弹性形变特征[5]。在实际应用中，通常会采用 加压装置对陶瓷施加预应力的方法，增强陶瓷的韧性，达到延迟陶瓷的破碎的目的。

1.2 国内外相关研究成果

1.3 未来的发展趋势

2 预应力加载装置的总体设计

2.1 研究目的和方案

对于初始速度为 700-2000m/s 的穿甲弹而言，陶瓷装甲的抗侵彻过程可以分为初始撞击 阶段、蚀阶段和断裂阶段这三个阶段。

当高速弹头冲击陶瓷块时，弹头的尖端首先接触陶瓷表面，陶瓷内部在初始撞击阶段 产生很强的压缩波。在压缩波作用下，弹体和陶瓷块内部的压应力都迅速增大，这将导致 陶瓷强度达到破坏极限产生裂纹。弹头在压缩波和摩擦作用下尖锐端很快的变钝甚至破碎， 在这个摩擦过程中弹头的初始动能大概损失 20%，但弹头仍能保持对陶瓷的冲击作用[29]。 陶瓷块已经飞溅散开，为不过早失去防护作用。因此，在高速冲击下，陶瓷若能延迟几微 秒破坏，完成抗侵彻过程的三个阶段，陶瓷装甲的抗侵彻性能将得到显著提高。

除了可以通过提高陶瓷本身材料的拉伸强度解决这一问题外，预应力陶瓷也是解决该 问题的关键技术之一，国内外的学者对陶瓷的预应力加载装置也做了大量的研究。研究实 验也表明，在约束条件下，陶瓷装甲的防护系数通常要增加百分之十六到百分之二十以上

[30]。对陶瓷块施加预应力，即使陶瓷在高速冲击下发生断裂，陶瓷各裂块之间仍挤压得较

为紧密，只有裂纹而没有扩容。当弹丸进一步侵彻破碎陶瓷时，需要将破碎颗粒沿侵彻反 向挤出后才能前进，这需要更大能量来粉碎并推动粉状陶瓷颗粒。同时弹丸前方粉碎区还 受径向流动所推动，使得区域内部始终存在较大侵彻阻力。在对预应力陶瓷的侵彻过程中， 蚀阶段粉状陶瓷颗粒与弹丸的逆向运动对弹丸有磨蚀作用，使摩擦等耗能机制发挥作用。 在穿甲的最后阶段，陶瓷才完全断裂破碎[31]。总之，通过约束装置在现有陶瓷材料基础上 施加预紧力使陶瓷内部产生一定的预应力，就是利用物理手段以抑制靶体内部裂纹的萌生 和扩展，可以表现出陶瓷高动态抗压强度、高硬度的优势。文献综述

本文论文方案为设计出一种实用加压装置对陶瓷加载预应力，并且要求加压装置拥有 足够的强度，加压装置内部最大应力不大于 800MPa。此装置同时还要满足对陶瓷材料可以 加载到足够大的预应力，陶瓷块内部最大应力在 120Mpa 左右的要求。设计的装置对陶瓷加 载的预应力大小在 0-120MPa 范围内可调，要求加载应力稳定可控，即预应力的加载过程具 有稳定的可重复性。

2.2 装置结构设计

本科毕业设计说明书 第 9  页 综合国内外研究成果可知：陶瓷预应力的施加，使陶瓷内部产生一定压应力来降低它 的敏感性，从而增强陶瓷韧性，提高陶瓷抗侵彻性能。在低速冲击时，陶瓷的抗侵彻性能

在受到约束的情况下改善特别明显。对于不同的预应力状态下的陶瓷，施加预应力高的陶 瓷块损伤降低更显著。预应力陶瓷并没有给出具体实用于装甲的加载装置，搭接或者镶嵌 的小片实用性较好，所以本文中采用 100mm×100mm×20mm 的陶瓷块设计预应力加载装置。 对陶瓷块施加预应力方式有如下图 2.1(a)(b)两种：