[发明专利]一种抗破片群舰船防护结构及其设计方法

说明书

本发明公开了一种抗破片群舰船防护结构及其设计方法，包括：抗破片群舰船防护结构。然后，通过理论计算公式，确定战斗部产生的破片群威力等级，并把单枚破片以破片群初速垂直侵彻的威力作为破片群威力等级的基准。根据材料性能和破片群威力，初步确定防护结构各层的厚度范围。初步确定前置层厚度，根据单枚破片侵彻防护结构的理论公式，确定陶瓷层和Ⅱ纤维增强复合材料层厚度取值和取值个数，从而建立仿真模型，保留可以抵御破片群侵彻的结构，然后根据面密度和单位面密度吸收能，选取更优结构。另外，可以改变前置层厚度和各层材料种类，重复以上步骤，根据实际情况选择设计方案。本发明减少仿真分析计算量，易于实现，适用范围较广。

技术领域

本发明涉及舰船防护技术领域，尤其涉及一种抗破片群舰船防护结构及其设计方法。

背景技术

随着战斗部装药技术的发展，战斗部爆炸后形成的破片群将具有很强的侵彻能力。目前，在舰船防弹防护领域广泛应用和研究复合装甲结构，以抵抗舰船防破片群侵彻。但是，随着复合装甲结构可以选用的材料种类和结构型式的增加，其防护机理更加复杂。因此，如何设计和优化抗破片群舰船防护结构是研究重点。

目前，已有文献研究单枚破片侵彻复合装甲的理论模型和计算公式，比如，《陶瓷/玻璃纤维/钢板复合靶板抗弹性能的研究》(杜忠华,赵国志,杨玉林.兵工学报.2003(02):219 -221.)。但是，由于破片群侵彻复合装甲情况复杂，尚未有理论公式解释破片群侵彻复合装甲的变形机理，大部分文献采用有限元方式，仿真分析破片群作用复合装甲的毁伤机理。因此，为了解决上述问题，需要研究一种简便优良的抗破片群舰船防护结构设计方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种抗破片群舰船防护结构及其设计方法，并通过理论公式和数值模拟结合的方式，简化抗破片群防护结构设计方法的步骤。

一种抗破片群舰船防护结构，自上到下依次包括：

钢板层为低碳钢；

Ⅰ纤维增强复合材料层，为UHMWPE；

陶瓷层包括Ⅰ陶瓷层、Ⅱ陶瓷层，为氧化铝陶瓷；

Ⅱ纤维增强复合材料层为UHMWPE；

陶瓷层中，陶瓷层由两层相同规格正方形的陶瓷板交错拼接组成，Ⅰ陶瓷层的正方形陶瓷块与Ⅱ陶瓷层的正方形陶瓷块面积重叠四分之一；

钢板层和Ⅰ纤维增强复合材料层组成的前置层；Ⅰ陶瓷层、Ⅱ陶瓷层、Ⅱ纤维增强复合材料层组成的抗侵彻层。

所述的一种抗破片群舰船防护结构设计方法，包括以下步骤：

S1根据战斗部产生的破片群质量、初速和空间散布概率函数，确定破片群的威力等级；

S2根据已选择的各层材料的力学性能和破片群的威力，初步确定各层的厚度范围；

S3根据实际情况，暂定前置层厚度；根据单枚破片侵彻防护结构的理论公式，确定陶瓷层、Ⅱ纤维增强复合材料层厚度取值和取值个数；

S4对不同厚度的陶瓷层和Ⅱ纤维增强复合材料层厚度匹配结构，构建破片群侵彻舰船防护结构的仿真模型，确定能抵御破片群侵彻的的优化结构构型；

S5根据优化结构构型的面密度和单位面密度吸收能，从中选择更优的结构；

S6可改变前置层厚度，对比不同前置层厚度防护结构抗破片群能力，优化选择；或者重新选择钢、陶瓷和纤维增强材料种类，对比不同材料种类防护结构抗破片群能力，结合材料性能、造价、工艺条件，优化选择。

进一步的，步骤S1中，把单枚破片以破片群初速垂直侵彻威力作为破片群威力等级的基准，且战斗部产生的破片群质量、初速和空间散布概率函数的计算模型为：