试验系统和方法的设计与优化

6.2.1.1　试验布置

采用12.7 mm滑膛弹道枪、破片速度测试装置、靶架、木制回收箱与高速录像机组成的试验系统。测试系统与2.3.2.2节中弹道枪加载试验布置相似，12.7 mm弹道枪、激光测速靶、靶架、铝箔通断测速靶与回收箱一字排布，侧向垂直于靶板6.0 m外架设高速录像机（型号：FASTCAM SA4），录像频率设定为40 000幅/s，即获得每幅图片的时间间隔为25μs，靶板另一侧0.5 m外正对高速录像机放置一个2 m×2 m的带刻度白幕。具体试验布置示意如图6.1所示。

图6.1　破片对钢/纤维/钢复合结构穿甲试验布置示意

6.2.1.2　破片质量、结构与着速

一般自制爆炸物多产生自然破片，自然破片因壳体断裂的随机性在结构上具有非对称性，为一个不规则体，飞行过程中常因失稳而发生翻滚，着靶姿态具有随机性。为了在试验中反映自然破片的随机着靶，M.J.Iremonger［280］（1996）、Paul Wambua［272］（2007）、F.Rondot，J.Nussbaum［281］（2011）采用破片模拟弹丸（FSP）结构模拟自然破片进行试验和数值模拟研究。本章以爆炸物爆炸作用产生的自然破片对钢/纤维/钢复合结构的侵彻行为为研究对象，以试验中所用弹道枪口径（12.7 mm）为约束条件设计试验用FSP破片结构，具体尺寸如图6.2所示。破片材料选用35CrMnSiA钢，抗拉强度为1 620 MPa，屈服强度为1 275 MPa。破片质量为10 g。

图6.2　试验用FSP破片结构尺寸（单位：mm）

试验中破片托于弹托上，通过改变（2/1樟枪药＋黑火药）发射药量来调整破片的抛射速度，根据反舰导弹战斗部爆炸作用产生自然破片的着靶速度范围，设计破片的抛射速度范围在800～1 500 m/s。

6.2.1.3　靶标结构与材质(www.xing528.com)

试验中钢/纤维/钢复合结构靶标由迎弹的前面板（Top Facesheet，简称前板）、夹层纤维板和后面板（Bottom Facesheet，简称后板）层合组成，如图6.3所示。

图6.3　试验用钢/纤维/钢复合结构靶标示意

设计钢/纤维/钢复合结构如下：靶标的前、后板均采用Q235A钢，前板厚度为4 mm，后板厚度为6 mm，夹层纤维复合材料板厚度为16 mm。夹层纤维板采用改性环氧（PE）热固性树脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚（EVA）热塑性树脂两种基体材料和E-玻璃纤维（E-Glass Fiber）双轴向织物、Kevlar-129芳纶纤维（Aramid Fiber）织物两种增强体材料压合而成4种纤维增强复合材料板制成，两种高聚物基体的基本性能列于表6.1中，两种纤维丝性能列于表6.2中。表6.2中Kelvar-129纤维丝的抗拉强度、模量及断裂伸长率分别是E-玻璃纤维丝的1.27倍、1.38倍和1.10倍，密度却降低了43.5%，说明Kelvar-129纤维丝较E-玻璃纤维丝具有更佳的抗拉性能。4种纤维增强复合材料板的压合均由兵器工业53所完成。

表6.1　环氧和乙烯基树脂的性能参数

表6.2　E-玻璃和Kevlar-129芳纶纤维丝的性能参数

对于采用热固性树脂基体压合成的纤维板，本书将其代称为热固性复合纤维板；对于采用热塑性树脂基体压合成的纤维板，本书将其代称为热塑性复合纤维板。