[发明专利]一种层合板在球头弹撞击下的弹道极限速度预测方法

说明书

本发明公开了一种层合板在球头弹撞击下的弹道极限速度预测方法，计算层合板总体响应破坏模式与局部化破坏模式之间的转换临界条件值T_c；计算层合板板厚与球头弹弹体直径的比值H/d，若H/d≥T_c，则基于层合板局部化破坏模式求解弹道极限速度V_b；若H/d＜T_c，则通过计算层合板接触刚度K_c、弯曲刚度K_b、薄膜刚度K_m、剪切刚度K_s、弯剪等效刚度K_bs，层合板的最大横向变形量W_of、最大局部压入量α_f，层合板准静态贯穿总耗能E_T、动态贯穿总耗能E_P，求解层合板总体响应破坏模式的弹道极限速度V_b。本发明提供了层合板局部化破坏模式和总体响应破坏模式的弹道极限速度预测方法，实现了层合板破坏模式的有效判别和弹道极限速度的准确预测，具有简单高效、适用范围广的特点。

技术领域

本发明涉及毁伤和防护技术领域，尤其是一种层合板在球头弹撞击下的弹道极限速度预测方法。

背景技术

纤维增强复合材料层合板因具有高比强度、高比刚度、结构设计灵活等优点，在航空航天、交通运输及国防军工等领域得到了广泛应用。然而，纤维增强复合材料层合板对冲击损伤较为敏感，在受到弹体(外物)横向撞击后，容易形成纤维断裂、分层等损伤，导致其强度降低甚至发生贯穿性破坏。

弹道极限速度是判断弹体(外物)能否穿透层合板的关键参数。当弹体初始撞击速度高于弹道极限速度时，弹体能够穿透层合板；当弹体初始撞击速度低于弹道极限速度时，弹体不能穿透层合板。因而，弹道极限速度的有效预测和评估对于层合板防护结构的设计至关重要。

目前，纤维增强复合材料层合板在球头弹撞击下的弹道极限预测和评估主要采用试验测试或数值仿真方法，需要耗费大量人力、物力和计算资源。理论预测方面，由于纤维增强复合材料层合板在球头弹撞击下的响应过程较为复杂，层合板随厚度不同，破坏模式通常有总体响应破坏和局部化破坏两种形式，目前综合考虑层合板不同破坏模式及其转换临界条件的弹道极限速度理论预测方法尚缺乏研究。上述情况为纤维增强复合材料层合板在球头弹撞击下的弹道极限速度高效准确预测带来了困难。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种层合板在球头弹撞击下的弹道极限速度预测方法，能够高效准确的预测出纤维增强复合材料层合板在球头弹撞击下的弹道极限速度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

一种层合板在球头弹撞击下的弹道极限速度预测方法，包括以下步骤：

S1，依据球头弹和层合板的参数，构建层合板在球头弹撞击下的总体响应破坏模式与局部化破坏模式之间的转换临界条件表达式，并计算得到总体响应破坏模式与局部化破坏模式之间的转换临界条件值T_c；

S2，计算层合板板厚H与球头弹弹体直径d的比值即H/d，将该比值H/d与转换临界条件值T_c进行比较，判断层合板的破坏模式，若H/d≥T_c，则层合板发生局部化破坏，且在局部化破坏模式下，层合板的弹道极限速度V_b由下述步骤S3进行计算；若H/d＜T_c，则层合板发生总体响应破坏，且在总体响应破坏模式下，层合板的弹道极限速度V_b由下述步骤S4进行计算；

S3，在局部化破坏模式下，层合板的弹道极限速度V_b的计算方式，如下式所示：

式中，σ_e为层合板厚度方向准静态压缩线弹性极限强度；ρt为层合板密度；d为球头弹弹体直径；H为层合板板厚；M为球头弹质量；