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基于键基近场动力学对防弹插板在步枪弹侵彻下的力学响应仿真
1
作者
王纪龙
温垚珂
+3 位作者
刘东旭
王会成
沈周宇
罗小豪
《兵工学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第11期4094-4105,共12页
针对当前防弹插板在枪弹冲击下的力学响应研究尚有不足,采用键基近场动力学方法和传统拉格朗日方法相结合的方式对5.56 mm SS109步枪弹侵彻NIJⅢ级SiC/超高分子量聚乙烯(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)防弹插板这一...
针对当前防弹插板在枪弹冲击下的力学响应研究尚有不足,采用键基近场动力学方法和传统拉格朗日方法相结合的方式对5.56 mm SS109步枪弹侵彻NIJⅢ级SiC/超高分子量聚乙烯(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)防弹插板这一过程进行数值模拟,并与基于三维数字图像相关法的防弹插板侵彻试验结果对比,验证数值模型的准确性。研究结果表明:弹丸在侵彻防弹插板50μs后速度从810 m/s衰减至157.57 m/s,防弹插板与弹丸接触的陶瓷片严重碎裂;键基近场动力学方法可以很好地跟踪枪弹冲击陶瓷插板时裂纹的演化过程,SiC陶瓷插板受810 m/s的SS109枪弹冲击时产生的放射性径向裂纹在10μs内基本向外扩展完毕,其重度损伤面积在30μs内就基本定型,最终在压力波的复杂作用下产生径向裂纹、环向裂纹以及平行碰撞面的层裂纹;防弹插板背凸量最大值为18.41 mm,由于UHMWPE层合板具有正交各向异性,此时背面等效应变以弹着点为中心呈L形分布,发生的位置在鼓包边界约±45°处,等效应力场呈现菱形分布,应力集中发生在菱形的4个角上。
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关键词
防弹插板
近场动力学
碳化硅陶瓷
裂纹扩展
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职称材料
手枪弹撞击戴防弹头盔人体头颈部靶标的钝击效应
被引量：
4
2
作者
沈周宇
温垚珂
+3 位作者
闫文敏
董方栋
张俊斌
李颖
《兵工学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第9期2101-2112,共12页
防弹头盔虽然能有效防御手枪弹的贯穿性杀伤,但是头盔的瞬态变形仍有可能对人体头部造成严重损伤。为研究头盔致头部钝击伤,采用仿真软件Abaqus用户材料子程序VUMAT编写适用于模拟复合材料防弹头盔力学性能的渐进损伤本构模型,基于防弹...
防弹头盔虽然能有效防御手枪弹的贯穿性杀伤,但是头盔的瞬态变形仍有可能对人体头部造成严重损伤。为研究头盔致头部钝击伤,采用仿真软件Abaqus用户材料子程序VUMAT编写适用于模拟复合材料防弹头盔力学性能的渐进损伤本构模型,基于防弹头盔三维数字图像相关法试验结果验证了仿真模型的准确性;开展9 mm铅芯手枪弹以343 m/s的速度撞击佩戴防弹头盔人体头颈部靶标的数值模拟,获得头盔鼓包高度、颅骨应力、颅内压力和颈椎应力等钝击效应特征量。研究结果表明:头盔未佩戴在人体头部时,顶部弹着点处的瞬态最大鼓包高度可以达到27.7 mm;头盔佩戴在人体头部后,由于头部的支撑作用,弹着点处的头盔壳瞬态最大变形量减小为10.73 mm;钝击过程中颅骨上的最大应力达到46.97 MPa,并有单元失效,表明颅骨发生了凹陷性骨折;颅内压力最大值达到208.7 kPa,能够造成大脑等重要器官的中度损伤;各颈椎骨上均有较大应力;各椎间盘中心髓核处应力较大,C_(2)~C_(3)椎间盘上的应力最大,达到2.65 MPa。
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关键词
防弹头盔
头颈部靶标
手枪弹
钝击效应
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职称材料
题名
基于键基近场动力学对防弹插板在步枪弹侵彻下的力学响应仿真
1
作者
王纪龙
温垚珂
刘东旭
王会成
沈周宇
罗小豪
机构
南京理工大学机械工程学院
辽沈工业集团有限公司研发中心
杭州智元研究院有限公司
出处
《兵工学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第11期4094-4105,共12页
基金
国家自然科学基金“叶企孙”科学基金项目(U2241273)。
文摘
针对当前防弹插板在枪弹冲击下的力学响应研究尚有不足,采用键基近场动力学方法和传统拉格朗日方法相结合的方式对5.56 mm SS109步枪弹侵彻NIJⅢ级SiC/超高分子量聚乙烯(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)防弹插板这一过程进行数值模拟,并与基于三维数字图像相关法的防弹插板侵彻试验结果对比,验证数值模型的准确性。研究结果表明:弹丸在侵彻防弹插板50μs后速度从810 m/s衰减至157.57 m/s,防弹插板与弹丸接触的陶瓷片严重碎裂;键基近场动力学方法可以很好地跟踪枪弹冲击陶瓷插板时裂纹的演化过程,SiC陶瓷插板受810 m/s的SS109枪弹冲击时产生的放射性径向裂纹在10μs内基本向外扩展完毕,其重度损伤面积在30μs内就基本定型,最终在压力波的复杂作用下产生径向裂纹、环向裂纹以及平行碰撞面的层裂纹;防弹插板背凸量最大值为18.41 mm,由于UHMWPE层合板具有正交各向异性,此时背面等效应变以弹着点为中心呈L形分布,发生的位置在鼓包边界约±45°处,等效应力场呈现菱形分布,应力集中发生在菱形的4个角上。
关键词
防弹插板
近场动力学
碳化硅陶瓷
裂纹扩展
Keywords
body armor
peridynamics
SiC ceramic
crack propagation
分类号
TJ012.4 [兵器科学与技术—兵器发射理论与技术]
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职称材料
题名
手枪弹撞击戴防弹头盔人体头颈部靶标的钝击效应
被引量：
4
2
作者
沈周宇
温垚珂
闫文敏
董方栋
张俊斌
李颖
机构
南京理工大学机械工程学院
中国兵器工业第
[
解放军东部战区空军医院
出处
《兵工学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第9期2101-2112,共12页
基金
国家自然科学基金项目(11872215)
国防基础科研项目(JCKYS201909C001)
基础加强计划技术领域基金项目(2020-JCJQ-JJ-403、2019-JCJQ-JJ-373)。
文摘
防弹头盔虽然能有效防御手枪弹的贯穿性杀伤,但是头盔的瞬态变形仍有可能对人体头部造成严重损伤。为研究头盔致头部钝击伤,采用仿真软件Abaqus用户材料子程序VUMAT编写适用于模拟复合材料防弹头盔力学性能的渐进损伤本构模型,基于防弹头盔三维数字图像相关法试验结果验证了仿真模型的准确性;开展9 mm铅芯手枪弹以343 m/s的速度撞击佩戴防弹头盔人体头颈部靶标的数值模拟,获得头盔鼓包高度、颅骨应力、颅内压力和颈椎应力等钝击效应特征量。研究结果表明:头盔未佩戴在人体头部时,顶部弹着点处的瞬态最大鼓包高度可以达到27.7 mm;头盔佩戴在人体头部后,由于头部的支撑作用,弹着点处的头盔壳瞬态最大变形量减小为10.73 mm;钝击过程中颅骨上的最大应力达到46.97 MPa,并有单元失效,表明颅骨发生了凹陷性骨折;颅内压力最大值达到208.7 kPa,能够造成大脑等重要器官的中度损伤;各颈椎骨上均有较大应力;各椎间盘中心髓核处应力较大,C_(2)~C_(3)椎间盘上的应力最大,达到2.65 MPa。
关键词
防弹头盔
头颈部靶标
手枪弹
钝击效应
Keywords
bulletproof helmet
head and neck target
pistol bullet
blunt impact effect
分类号
TJ012.4 [兵器科学与技术—兵器发射理论与技术]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于键基近场动力学对防弹插板在步枪弹侵彻下的力学响应仿真
王纪龙
温垚珂
刘东旭
王会成
沈周宇
罗小豪
《兵工学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
2
手枪弹撞击戴防弹头盔人体头颈部靶标的钝击效应
沈周宇
温垚珂
闫文敏
董方栋
张俊斌
李颖
《兵工学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
4
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