[发明专利]预应力约束块和复合装甲结构

说明书

本发明公开了一种预应力约束块和复合装甲结构，预应力约束块包括填充台体和约束环，所述填充台体具有和约束环内圈相同形状的横截面，并固定嵌装于约束环的内圈，所述填充台体的外侧壁和约束环的内圈壁之间通过锥面配合而楔紧；所述填充台体的外侧壁和约束环的内圈壁分别为相匹配的圆锥面，或相匹配的多边形棱锥面。本发明的预应力约束块可以在室温条件下实现对陶瓷、混凝土或者玻璃等脆性材料施加径向预应力，并且可以调节控制预应力大小，适合各种尺寸的构件施加预应力，装配更容易，而且受损或者破坏的部件容易更换，在武装直升机、装甲车、舰船、坦克、飞机洞库和导弹井盖等多种防护领域具有更为广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于装甲技术，具体涉及一种预应力约束块和复合装甲结构。

背景技术

采用陶瓷材料的复合装甲的抗侵彻性能主要取决于陶瓷的抗压强度和硬度、粉碎特征、碎片流动摩擦性和碎粒磨蚀；陶瓷的高抗压强度在一定程度提高抗侵彻性能；陶瓷表面积粉碎区能量吸收是陶瓷抗侵彻一种重要因素；对于厚而严格约束的陶瓷块，陶瓷碎片的流动摩擦作用是抗侵彻的最重要因素。研究表明，在对陶瓷靶进行侧向约束后，弹体侵彻约束陶瓷的过程中，约束环会对陶瓷靶板产生约束力，这样可以有效遏制陶瓷材料裂纹的扩展，从而提高陶瓷材料的抗侵彻性能。随着研究的深入，越来越多的人开始研究对陶瓷提前施加内部应力，对陶瓷材料抗侵彻性能的影响。

对于复合装甲的陶瓷材料进行施加预应力，可以有效抑制靶体内部裂纹萌生和扩展。即使在高速冲击下陶瓷内部发生断裂，但陶瓷各裂块之间仍挤压得较为紧密，只有裂纹而没有扩容，使得破碎陶瓷区域内部存在较大侵彻阻力。陶瓷颗粒与弹丸的逆向运动会对弹丸质量产生磨蚀作用，并且使相互的摩擦等耗能机制发挥作用，有效的提高陶瓷的抗侵彻性能。

目前国内外的学者对陶瓷施加预应力方法主要有：机械挤压法和热装法，机械挤压法是从陶瓷材料的侧面加压，对陶瓷材料内部形成横向的压紧预应力；热装法是将陶瓷材料和金属材料的约束结构在高温下相互固定，然后整体降温，热膨胀系数较大收缩更快的金属压缩陶瓷施加预应力，如申请号为201810777211.4的中国专利申请公开的一种约束陶瓷-金属复合防弹装甲板及其制备方法。

采用热冷缩或者机械加压的方式均可以使陶瓷内部产生预应力。在对复合装甲进行预应力试验中需要稳定的预应力且预应力大小可调整，在实际试验条件限制下，热装法热处理时对金属的强度将产生不利影响，通过控制温度以调节陶瓷内部预应力大小的方式难以实现长杆弹撞击试验，因此试验中大多采用机械挤压法，而机械施加压力装置要求从陶瓷材料的四周均匀侧向加压，对陶瓷材料和约束结构之间的装配尺寸加工精度要求高，并且多个面同时施压，设备构造比较复杂，但很难在实际工程中应用，仅仅限于研究。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有复合装甲施加预应力的机械挤压法和热装法存在的上述问题，提供一种能够在室温环境下实现快速装配的预应力约束块和复合装甲结构。

本发明采用如下技术方案实现：

预应力约束块，包括填充台体11和约束环12，所述填充台体11具有和约束环12内圈相同形状的横截面，并固定嵌装于约束环12的内圈，所述填充台体11的外侧壁和约束环12的内圈壁之间通过锥面配合而楔紧；

所述填充台体11的外侧壁和约束环12的内圈壁分别为相匹配的圆锥面，或相匹配的多边形棱锥面。

上述方案中的预应力约束块中，所述填充台体11外侧壁的大端和小端直径分别为d₁和d₂，所述约束环12内圈壁的大端和小端直径分别为R₁和R₂，满足R₂＜d₂＜R₁≤d₁，所述填充台体11和约束环12的高分别为h1和h2，其中h1≤h2。