一种耐冲击的仿鹿角型防弹插板制造技术

本发明专利技术公开了一种耐冲击的仿鹿角型防弹插板，包括保护层、防弹层以及缓冲层，所述防弹层包括若干个呈间隔分布的复合结构层和粘结层；所述复合结构层由软硬不同的两种材料组成，包括支撑肋板和复合结构单元，所述复合结构单元包括过渡区和软硬结合区，所述软硬结合区包括若干个大小不同且呈线性梯度分布的软薄片、连接软薄片的桥连槽以及硬基体。本防弹插板有利于改善子弹冲击点附近的应力场分布，有效地抑制裂纹萌生并引导裂纹发生偏转，避免出现传统防弹插板中的灾难性破坏模式，增大应变能和断裂能，从而大幅度地提高防弹插板的防弹性能。弹性能。弹性能。

【技术实现步骤摘要】
一种耐冲击的仿鹿角型防弹插板


[0001]本专利技术属于防弹
，更具体地说，涉及一种耐冲击的仿鹿角型防弹插板。

技术介绍

[0002]在国防军工领域，高性能的防弹衣可有效地提高单兵作战能力。在战场上，为了抵御高级别的子弹威胁，防弹衣中往往需要添加防弹插板。现有的防弹插板是将硬质陶瓷与纤维板复合，其中以防弹纤维为基础，核心部件是防弹陶瓷。当子弹冲击防弹插板时，子弹首先冲击的是防弹插板最上面的陶瓷层，陶瓷发生碎裂，吸收掉子弹大部分的动能。当子弹冲击到纤维层后，纤维层通过拉伸消耗子弹动能，并裹住弹头和弹片，起到了很好的防护作用。
[0003]常用的防弹陶瓷材料有氧化铝、碳化硅和碳化硼等，其中碳化硅和碳化硼陶瓷具有密度低、硬度高的优良防弹性能，但由于碳化硅和碳化硼陶瓷的断裂韧性值较低，受到子弹冲击时呈现脆性破坏，碎裂范围将覆盖整片陶瓷。通常硬度越高的材料，其易碎性也越高。陶瓷在子弹冲击点附近的应力集中明显，极易产生裂纹并迅速向周围扩展，且在多次的子弹冲击中，有裂痕的部位通常无法再次抵抗子弹冲击。现有的防弹陶瓷插板结构简单，一般由若干个小陶瓷片组装而成，虽然可以在一定程度上降低子弹冲击时陶瓷碎裂的范围，但是破坏了整个陶瓷板的强度，且仍不能改变陶瓷的脆性破坏模式，这种灾难性破坏模式严重制约陶瓷插板防弹性能的提升。
[0004]雄鹿为争夺领地互相冲撞，鹿角作为武器被用于战斗中，在这一过程中鹿角承受高冲击载荷和大弯矩而不会断裂，表明鹿角具有非常好的韧性和抗冲击性能。如图1所示，这主要归功于鹿角内部的多孔结构，沿半径方向鹿角的孔隙率由内向外逐渐增大、孔隙半径由内向外逐渐减小，从而提供较高的强度和韧性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种耐冲击的仿鹿角型防弹插板，克服现有防弹插板由于结构简单，产生防弹插板受冲击时应力集中明显、裂纹易萌生及扩展、出现灾难性破坏模式、防弹性能较差的不足。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种耐冲击的仿鹿角型防弹插板，包括由冲击面至背面依次分布的保护层、防弹层以及缓冲层，所述保护层、防弹层以及缓冲层之间以胶结的方式连接；
[0007]所述防弹层包括若干个复合结构层，相邻复合结构层之间设置有粘结层；所述复合结构层包括呈栅格状分布的支撑肋板和若干个复合结构单元；所述复合结构单元位于支撑肋板形成的栅格内，复合结构单元与支撑肋板之间以胶结的方式连接；
[0008]所述复合结构层沿厚度方向的任意截面上，所有奇数层中的支撑肋板和复合结构单元的对应位置均相同，所有偶数层中的支撑肋板和复合结构单元的对应位置均相同，相邻复合结构层中的支撑肋板和复合结构单元的位置相对错开；
[0009]所述复合结构单元包括软硬结合区和过渡区；所述软硬结合区包括软薄片、硬基体和桥连槽，所述硬基体中嵌入若干个形状不规则的软薄片，所述软薄片呈网状分布；所述软薄片的尺寸由复合结构单元8的中间区域到周围区域逐渐减小，同时数量逐渐增多；所述桥连槽用于连通相邻的三个软薄片，在复合结构单元内呈非连续的V型分布，桥连槽内填充软材料。
[0010]进一步地，所述保护层和缓冲层的材质相同，均为高性能纤维板。
[0011]进一步地，所述支撑肋板、过渡区以及硬基体采用的是硬质陶瓷，材质为碳化硅或碳化硼中的一种。
[0012]进一步地，所述粘结层、软薄片和桥连槽采用的是环氧树脂或酚醛树脂中的一种。
[0013]进一步地，所述保护层的厚度为0.8
‑
1.2mm，所述防弹层的厚度为10
‑
11mm，所述缓冲层的厚度为8
‑
9mm。
[0014]进一步地，所述防弹层包括10个复合结构层和9个粘结层，每个复合结构层的厚度为1.0mm，每个粘结层的厚度为0.1mm。
[0015]进一步地，所述复合结构单元尺寸为40mm
×
40mm，所述软硬结合区的直径为38mm。
[0016]进一步地，相邻复合结构层中的支撑肋板和复合结构单元相对错开的横向距离为20mm。
[0017]一种耐冲击的仿鹿角型防弹插板中复合结构单元的生成方法，包括如下步骤：
[0018]S1、在支撑肋板形成的每个栅格内，划分为若干个具有同一圆心的圆环状区域，由内到外，圆环状区域的弧间距逐渐减小；
[0019]S2、将每一个圆环状区域等分为若干个扇形环，在每一个扇形环内布置一个种点，所述种点的位置在扇形环内随机选取，由内到外，圆环状区域内种点的个数逐渐增加；
[0020]S3、建立泰森多边形：选择任一相邻两个种点的垂直平分线，作为泰森多边形的一条边，由若干个垂直平分线所围成的封闭区域即为泰森多边形；
[0021]S4、缩小泰森多边形，将缩小后的新多边形设置为软薄片：以泰森多边形的形心为基点，将泰森多边形按一定的比例缩小，形成新多边形；新多边形为软薄片的设置区域，将若干个软薄片嵌入到硬基体的内部；
[0022]S5、连接相邻的三个软薄片，设置V型的桥连槽13：连接相邻的三个软薄片11对应边的中心，两条呈V型的连线设置为桥连槽13。
[0023]进一步地，步骤S1中圆环状区域的弧间距由内到外呈线性梯度变化；步骤S2中圆环状区域内种点的数量由内到外呈线性梯度变化；步骤S4中泰森多边形的缩小倍数取0.4
‑
0.45，所述复合结构层中软材料的体积分数为10％
‑
15％。
[0024]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果是：
[0025]1、本仿鹿角型防弹插板由软硬不同的两种材料组成，有利于改善子弹冲击点附近的应力场分布，降低应力集中程度，增大了子弹与防弹插板的接触面积，避免整体结构出现灾难性破坏模式，可大幅度地提高防弹插板的防弹性能。
[0026]2、防弹层中的支撑肋板起到很好的支撑作用，防止由于复合结构层内添加软材料而导致整体结构强度的降低。
[0027]3、防弹层采用多个复合结构层，且相邻复合结构层之间相对错开一定的距离，改善了裂纹扩展方式，有利于引导沿厚度方向扩展的裂纹发生偏转，有效延长了裂纹扩展路
径，提高了断裂能。
[0028]4、防弹层中的粘结层使得相邻复合结构层之间产生相对滑动的趋势，因此粘结层产生较大的剪应力和剪应变，进一步促进能量吸收。
[0029]5、复合结构单元中多个形状不规则的软薄片嵌入到硬基体中，越靠近外侧软薄片的尺寸越小、个数越多，从而改变了复合结构单元内的强度分布，使得子弹行进方向发生改变，降低了子弹沿防弹插板厚度方向的速度，同时提高了复合结构单元的韧性。
附图说明
[0030]图1为
技术介绍
中鹿角的微结构。
[0031]图2为耐冲击的仿鹿角型防弹插板的整体结构示意图。
[0032]图3为防弹层侧面示意图。
[0033]图4为相邻两复合结构层中支撑肋板的横向截面示意图。
[0034]图5为复合结构层示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐冲击的仿鹿角型防弹插板，包括由冲击面至背面依次分布的保护层(1)、防弹层(2)以及缓冲层(3)，所述保护层(1)、防弹层(2)以及缓冲层(3)之间以胶结的方式连接；所述防弹层(2)包括若干个复合结构层(4)，相邻复合结构层(4)之间设置有粘结层(5)；所述复合结构层(4)包括呈栅格状分布的支撑肋板(6)和若干个复合结构单元(8)；所述复合结构单元(8)位于支撑肋板(6)形成的栅格内，复合结构单元(8)与支撑肋板(6)之间以胶结的方式连接；所述复合结构层(4)沿厚度方向的任意截面上，所有奇数层中的支撑肋板(6)和复合结构单元(8)的对应位置均相同，所有偶数层中的支撑肋板(6)和复合结构单元(8)的对应位置均相同，相邻复合结构层(4)中的支撑肋板(6)和复合结构单元(8)的位置相对错开；所述复合结构单元(8)包括软硬结合区(9)和过渡区(10)；所述软硬结合区(9)包括软薄片(11)、硬基体(12)和桥连槽(13)，所述硬基体(12)中嵌入若干个形状不规则的软薄片(11)，所述软薄片(11)呈网状分布；所述软薄片(11)的尺寸由复合结构单元(8)的中间区域到周围区域逐渐减小，同时数量逐渐增多；所述桥连槽(13)用于连通相邻的三个软薄片(11)，在复合结构单元(8)内呈非连续的V型分布，桥连槽(13)内填充软材料。2.根据权利要求1所述的耐冲击的仿鹿角型防弹插板，其特征在于：所述保护层(1)和缓冲层(3)的材质相同，均为高性能纤维板。3.根据权利要求1所述的耐冲击的仿鹿角型防弹插板，其特征在于：所述支撑肋板(6)、过渡区(10)以及硬基体(12)采用的是硬质陶瓷，材质为碳化硅或碳化硼中的一种。4.根据权利要求1所述的耐冲击的仿鹿角型防弹插板，其特征在于：所述粘结层(5)、软薄片(11)和桥连槽(13)采用的是环氧树脂或酚醛树脂中的一种。5.根据权利要求1所述的耐冲击的仿鹿角型防弹插板，其特征在于：所述保护层(1)的厚度为0.8
‑
1.2mm，所述防弹层(2)的厚度为10
‑
11mm，所述缓冲层(3)的厚度为8
‑
9mm。6.根据权利要求1所述的耐...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志全，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：