小尺寸破片对单兵防护装备的侵彻研究

周捷; 智小琦; 徐锦波; 岳中豪

doi:10.11883/bzycj-2018-0023

小尺寸破片对单兵防护装备的侵彻研究

doi: 10.11883/bzycj-2018-0023

1.
中北大学机电工程学院, 山西太原 030051
2.
中国晋西工业集团, 山西太原 030051

详细信息

作者简介:
周捷(1995-), 男, 硕士研究生, zhoujiepla@foxmail.com

通讯作者:
智小琦(1963-), 女, 博士, 教授, zxq4060@sina.com

中图分类号: O381
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出版历程
- 收稿日期: 2018-01-23
- 修回日期: 2018-04-26
- 刊出日期: 2019-02-05

Research on penetration of small size fragment to single soldier protection equipment

1.
School of Mechanical and Electrical Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, Shanxi, China
2.
Jinxi Industrial Refco Group Ltd, Taiyuan 030051, Shanxi, China

摘要

摘要: 为了探究了小尺寸破片是否能有效穿透普通单兵防弹衣与防弹头盔，以球型破片为对象，利用试验得出了0.2 g钨合金球型破片侵彻Ⅲ级防弹衣与Ⅳ级防弹头盔的极限穿透速度；通过数值模拟的方法得出了防弹衣与防弹头盔的等效Q235靶板厚度，并探究了质量变化对破片极限穿透速度的影响规律。上述研究结论对新型高效反步兵武器与单兵基本防护装备的研制与开发都有重要的参考价值。
- 小尺寸球型破片 /
- 单兵防弹装备 /
- 极限穿透速度 /
- 等效靶
Abstract: In order to find out whether the small size fragment can penetrate the ordinary single-soldier bulletproof clothes and bulletproof helmets effectively, the spherical fragment has been selected as the object, obtained the limit velocities of the 0.2 g spherical tungsten alloy fragment penetrating the level Ⅲ body armor and level Ⅳ bulletproof helmet. The thickness of Q235 equivalent targets of body armor and bulletproof helmet is obtained by the means of numerical simulation, and the influence rule of the fragment's mass on the limit velocity is investigated.The conclusions is important to the development of new anti-infantry weapons and soldier's basic protective equipments.
- small size spherical fragment /
- single soldier bulletproof equipment /
- limit penetration velocity /
- equivalent targrt

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图 1 试验方法

Figure 1. Test method

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图 2 防弹衣与防弹头盔(试验前)

Figure 2. Bulletproof vest and helmet (before the experiment)

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图 3 NLG202-Z型六路测速仪

Figure 3. NLG202-Z tachometer

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图 4 破片与弹托

Figure 4. Fragments and sabots

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图 5 防弹衣与防弹头盔(试验后)

Figure 5. Bulletproof vest and helmet (after the experiment)

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图 6 仿真计算模型

Figure 6. Simulation model

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图 7 侵彻仿真结果

Figure 7. Simulation result of penetrating

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图 8 破片速度曲线图

Figure 8. Velocities graph of diffirent fragments

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表 1 侵彻防弹衣试验数据表

Table 1. Data of penetrating test

序号	靶前速度/ (m·s^-1)	靶后速度/ (m·s^-1)	破片状态
1	933.2	597.0	穿透
2	838.4	406.9	穿透
3	784.3	340.6	穿透
4	771.5	290.2	穿透
5	740.7	270.4	穿透
6	739.5	228.9	穿透
7	716.8	216.5	穿透
8	706.3	15.1	穿透
9	699.8	0	嵌入
10	663.4	0	未穿透
11	604.6	0	未穿透

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表 2 侵彻防弹头盔试验数据

Table 2. Data of penetrating helmet

着靶位置	序号	靶前速度/ (m·s^-1)	破片状态
四周	1	790.6	穿透
	2	775.3	穿透
	3	753.6	穿透
	4	748.4	穿透
	5	739.5	穿透
	6	728.8	嵌入
	7	701.5	未穿透
顶部	8	733.4	穿透
	9	707.3	穿透
	10	671.7	穿透
	11	649.5	穿透
	12	620.1	穿透
	13	606.2	未穿透

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表 3 Q235材料CJ模型参数表

Table 3. Parameters of CJ model of Q235

ρ/(g·cm^-3)	G/GPa	A/MPa	B/MPa	c	m	n	T_m/K	T_r/K	D₁	D₂	D₃	D₄	D₅
7.85	77.3	325	220	0.022	0.83	0.21	1793	293	-43.408	44.608	-0.016	0.0145	0.046

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表 4 Q235材料状态方程参数

Table 4. Parameters of equation of state of Q235

C	S₁	S₂	S₃	γ₀	E
0.519	1.33	0	0	2.17	0

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表 5 钨合金材料kinematic模型参数

Table 5. Parameters of kinematic model of tungsten alloy

ρ/(g·cm^-3)	E/GPa)	μ	σ_y/MPa	η/MPa	β	ε_c	ε_r	F_S
17.82	366.99	0.303	1506	792	1	3.9	6	1.2

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表 6 等效靶侵彻仿真结果表

Table 6. Simulation result of penetrating the equivalent target

靶板厚度/mm	靶前速度/(m·s^-1)	靶后速度/(m·s^-1)	破片状态
3.5	703.1	139.6	穿透
3.7	703.1	78.4	穿透
3.8	703.1	36.5	穿透
3.9	703.1	0	未穿透
4.0	703.1	0	未穿透

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表 7 不同破片侵彻等效靶极限穿透速度

Table 7. Critical velocity of different fragments penetrating the equivalent target

破片质量/g	v_Ⅲ/(m·s^-1)	v_Ⅳ/(m·s^-1)
0.15	782	798
0.20	703	734
0.25	655	671
0.30	620	635
0.35	589	603
0.40	562	576

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参考文献(14)

[1]	邹渝.机械化步兵单兵防护装备发展研究[J].中国个体防护装备, 2015, 3(4):18-22. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zggtfhzb201503004 ZOU Yu. Research on development of protection equipment for mechanic infantry soldier[J]. China Personal Protective Equipment, 2015, 3(4):18-22. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zggtfhzb201503004
[2]	邹渝, 李曙光, 肖南.单兵防弹衣对穿甲破片的防护效应研究[J].医疗卫生装备, 2015, 36(11):36-38. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ylwszb201511010 ZOU Yu, LI Shuguang, XIAO Nan. Study on protective effect of individual bulletproof cloth against armor-piercing fragments[J]. Chinese Medical Equipment Journal, 2015, 36(38):36-38. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ylwszb201511010
[3]	王晓强, 朱锡, 梅志远, 等.超高分子量聚乙烯纤维增强层合厚板抗弹性能实验研究[J].爆炸与冲击, 2009, 29(1):29-34. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2009.01.006 WANG Xiaoqiang, ZHU Xi, MEI Zhiyuan, et al. Ballistic performances of ultra-high molecular weight polyethylene fiber-reinforced thick laminated plates[J]. Explosion and Shock Waves, 2009, 29(1):29-34. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2009.01.006
[4]	李常胜, 黄献聪, 李焱, 等.软体防弹衣穿透概率的分析[J].兵工学报, 2013, 34(1):20-24. doi: 10.11809/scbgxb2013.04.007 LI Changsheng, HUANG Xiancong, LI Yan, et al. Study on the probability of perforation for soft body armor[J]. Acta Armamentarii, 2013, 34(4):20-24. doi: 10.11809/scbgxb2013.04.007
[5]	FREITAS C J, MATHIS J T, SCOTT N, et al. Dynamic response due to behind helmet blunt trauma measured with a human head surrogate[J]. International Journal of Medical Sciences, 2014, 11(5):409-25. doi: 10.7150/ijms.8079
[6]	蔡志华, 包正, 王威, 等.枪弹冲击防弹头盔致头部非贯穿性损伤的数值模拟研究[J].兵工学报, 2017, 38(6):1097-1105. doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2017.06.008 CAI Zhihuan, BAO Zheng, WANG Wei, et al. Simulation of non-penetrating damage of head due to bullet impact to helmet[J]. Acta Armamentarii, 2017, 38(6):1097-1105. doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2017.06.008
[7]	孙幸福.防弹头盔研制技术及发展前景[J].中国个体防护装备, 2009(1):14-38. doi: 10.3969/j.issn.1671-0312.2009.01.005 SUN Xingfu. Developing technology and prospect of ballistic helmet[J]. China Personal Protective Equipment, 2009(1):14-38. doi: 10.3969/j.issn.1671-0312.2009.01.005
[8]	张国伟.终点效应及其应用技术[M].北京:国防工业出版社, 2006:2-3
[9]	王林, 李晓辉, 刘永付, 等.基于比动能标准的战斗部杀伤威力评价方法研究[J].测控技术, 2012, 31(增刊):88-90. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Conference/7727442 WANG Lin, LI Xiaohui, LIU Yongfu, et al. Study of anti-personal warhead killing power based on the specific kinetic energy lethality criteria[J]. Measurement and Control Technology, 2012, 31(suppl):88-90. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Conference/7727442
[10]	杨玉林, 赵国志, 王戈冰.装甲目标毁伤评估的等效靶方法[J].火力与指挥控制, 2003, 28(6):81-84. doi: 10.3969/j.issn.1002-0640.2003.06.024 YANG Yulin, ZHAO Guozhi, WANG Gebing. Surrogates for armor targets vulnerability assessment[J]. Fire Control and Command Control, 2003, 28(6):81-84. doi: 10.3969/j.issn.1002-0640.2003.06.024
[11]	张庆明, 黄风雷, 周兰庭.破片贯穿目标等效靶的极限速度[J].兵工学报, 1996, 17(1):21-25. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK199600175191 ZHANG Qingming, HUANG Fenglei, ZHOU Lanting. Limit velocity for the penetrarion of fragments into their targets[J]. Acta Armamentarii, 1996, 17(1):21-25. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK199600175191
[12]	米双山, 何剑斌, 张锡恩, 等.战斗损伤仿真中的等效靶与破片终点速度研究[J].兵工学报, 2005, 26(5):605-608. doi: 10.3321/j.issn:1000-1093.2005.05.007 MI Shuangshan, HE Jianbin, ZHANG Xien, et al. Equivalent target and terminal velocity of fragments in battle damage simulation[J]. Acta Armamentarii. 2005, 26(5):605-608. doi: 10.3321/j.issn:1000-1093.2005.05.007
[13]	刘鹏飞.破片特性对冲击起爆B炸药比动能阈值的影响[D].太原: 中北大学, 2017. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10110-1017201882.htm
[14]	马红磊, 胡更开, 李树奎.97钨合金力学性能研究[J].兵器材料科学与工程, 2003, 26(6):39-41. doi: 10.3969/j.issn.1004-244X.2003.06.010 MA Honglei, HU Gengkai, LI Shukui. Mechanical properties of 97% tungstenalloy[J]. Ordnance Material Science and Engineerin, 2003, 26(6):39-41. doi: 10.3969/j.issn.1004-244X.2003.06.010