4)良好的制作工艺性
防弹纤维复合材料具有良好的挠曲性能容易制成形状复杂的构件从而为武器系统提供更加全面的防护同时还可根据需要制成最佳隐形结构外形降低武器系统被发现的概率。 而且纤维复合材料的制造工艺简单根据情况可以一次整体成型一般不需要悍铆切割等二次加工。
玻璃纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高强、抗弹性能好及隔爆效果优良等特点。俄罗斯联邦核子中心实验物理研究院(VNIIEF)的研究表明BM-2型玻纤的抗爆能力最强,最为适合作为爆炸容器承力材料,而树脂基体则选用应用最为广泛的环氧粘合剂。
53所杨小兵等人利用S-2玻璃纤维与不同的基体材料分别制备了玻纤增强聚乙烯树脂层压板、玻纤增强聚烯烃( PIB/ PVC) 弹性体层压板和玻纤增强IPN互贯网络聚合物( PMMA/ PMA/ PEA) 层压板, 并对它们的抗爆震性能进行了研究。认为玻纤复合材料对爆炸冲击波衰减作用的大小与基体材料的阻尼特性有关。基体材料的阻尼性能越好, 复合材料对冲击波的衰减作用也就越好。
近年来,“三明治”层式结构一直是国内外抗爆结构研究的热点,Franz.T等人对爆炸载荷下短切毡玻璃层压板的响应进行了实验研究,观察到三种破坏形式:基体破裂、层压板脱粘和穿孔。利物浦大学G.S.Langdon等人研究了新型热塑性基体材料纤维-金属层压板(FMLs--the fibre-metal laminates)对爆炸冲击波的响应。该纤维-金属层压板面板和背板采用铝合金(2024-T3),夹层分别采用织物纤维增强聚丙烯和单向玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。对样品进行了爆炸冲击试验,对比了在爆炸载荷下不同材料结构的破坏形式,并分析了纤维-金属层压板吸收冲击能量的机理。结果表明热塑性纤维-金属复合材料在抗爆结构中有很好的应用潜力,夹层使用织物和单向的GFPP复合材料对爆炸呈现出不同的响应。织物夹层为对称式响应,而单向GFPP(玻璃纤维增强聚丙烯)复合材料为不对称的。
Comtois.JLR等人研究了碳纤维和玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的抗爆性。他们发现试样的损坏程度和支架距离、起爆药用量和材料的粘贴方式有关,不同层间用胶粘比用钳夹固的材料的损伤较小。
G.S.Langdon和S.L.Lemanski等人对爆炸载荷下12种结构的纤维-金属层压板的响应做了观察,并用无量纲参数法对实验数据做了定量分析,发现前、后面板的位移与金属板的厚度成近似线性关系。他们采用多层“三明治”结构,铝合金层板由2层最多增加到5层,每两层铝合金层间夹芯层复合材料最多8层,结构如图1-4所示:
铝板三明治结构
他们实验研究表明,面板的损坏情况由层板的厚度决定,随着冲击载荷的增加,背板的损坏程度加剧,脱粘区域的形状由夹芯层的厚度决定。T.P. Vo和官忠伟等人提出并验证了纤维-金属层压板在低脉冲爆炸载荷下响应的3D有限元模型,该FML由2024-O铝合金和织物玻璃纤维增强聚丙烯复合材料(GFPP)制成,仿真过程中运用了Hashin的3D失效准则并考虑了GFPP的应变率效应影响。使用这种模型得到的数值位移、面板变形和失效形式与实验数据有很好的相关性。通过这个被验证的模型,为不同排列顺序、不同厚度的FMLs爆炸衰减作用的参数化研究提供了乐观的应用前景。