[发明专利]双锥台嵌挤预应力约束遮弹层

说明书

本发明公开了一种双锥台嵌挤预应力约束遮弹层，主要由双锥台填充块和与其匹配约束的套箍装配而成。采用两个对扣的套箍分别装配在双锥台填充块的两锥台面上，套箍的内圈和对应锥台的外锥面之间通过锥面配合楔紧，两锥台的套箍之间固定连接。本发明在室温条件下对陶瓷、混凝土、玻璃等脆性材料施加径向预应力或者三向预应力非常简便，适合各种尺寸的防护构件施加预应力，还可以采用更加轻质高强的纤维增强聚合物作为约束材料，在一定程度上减少套箍壁厚的不均匀性，节省材料，并且具有限位的作用，当预应力约束块任意一面受到冲击时，两个对扣的套箍均能有效防止锥台从套箍中脱出。

技术领域

本发明涉及一种双锥台嵌挤预应力约束遮弹层。

背景技术

随着反装甲武器装备的不断升级和发展，以及人工智能自动瞄准枪械的开发和应用，对坦克、步兵战车、防弹车等装甲设备的防护性能以及防护结构提出更为严峻地挑战，研发更轻盈、更有效的防护装甲和防护结构任重道远。自Wilkins等人对陶瓷薄板、有限厚度的铝背板进行小长径比穿甲弹试验这一开创性研究工作以来，在过去的几十年里，陶瓷装甲的抗弹性能研究一直受到大家的关注。由于陶瓷材料(如Al₂O₃、B₄C、SiC、TiB₂和AlN等)具有低密度、高硬度、高抗压强度等特点，能够有效地钝化和磨蚀弹丸，结合韧性背板对碎片动能的吸收，显著提高了装甲的抗侵彻性能，使得陶瓷复合装甲得到广泛地应用。然而，由于陶瓷为低韧性和低抗拉强度的脆性材料，其在弹体的冲击下很容易出现崩塌和飞溅等现象，如果采用韧性材料对其进行约束，这种现象可以得到显著的改善。

研究表明，高强度、高硬度分块陶瓷靶在侧向板的约束下，弹丸侵彻过程中产生的约束力有效遏制陶瓷靶的裂纹扩展，提高陶瓷靶的抗侵彻性能。随着研究的深入，陶瓷靶在侧向板约束的基础上进一步施加双轴预应力(围压)，其静态、动态强度以及硬度都随着预应力的增大而增大。施加在陶瓷靶上的预应力可以抵消弹丸局部冲击瞬态拉应力，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或者破碎，但各裂块之间挤压紧密，只有裂纹而没有扩容，使得破碎陶瓷区域内部存在更大的侵彻阻力，十分有效的提高陶瓷的抗侵彻和抗冲击性能。

而目前分块陶瓷预应力约束主要采用机械挤压法和热装法。机械挤压法是在陶瓷面板面内方向推动侧向板直接挤压陶瓷板的侧面，对陶瓷施加横向预应力；热装法是将存在盈差的陶瓷块和金属约束环在高温下装配，热膨胀系数较大、收缩更快的金属在整体降温后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。但这些方法对陶瓷材料施加预应力比较困难，对耐热性能较差的混凝土和玻璃等脆性材料进行分块预应力约束更为困难。

申请号为202010591444.2的中国发明专利申请公开了一种用于复合装甲结构的预应力约束块，通过单锥台填充体与约束环锥面配合而楔紧，对填充体施加径向预应力，可以在室温条件下实现对陶瓷、混凝土或者玻璃等填充材料施加预应力。但是由于单锥台填充体从约束环的大端口推入后，如果单锥台没有得到有效的固定，在冲击荷载作用下，填充台体容易松动，可能从约束环的大端口移动或者弹出，造成预应力损失，对抗多发打击性能造成不利影响。而且对于外侧面与端面垂直的约束环(套箍)，其侧壁由大端口至小端口逐渐增厚，约束环越高，两个端口的壁厚差距越大。因此对于较厚的约束块，约束环的大端口与小端口壁厚差距过大，将会造成材料的浪费和预应力分布过度不均匀。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有防弹装甲结构存在的上述问题，提供一种新型的双锥台嵌挤预应力约束遮弹层。

本发明采用如下技术方案实现：