提出了一种无因次评价聚脲涂层陶瓷 / 金属复合结构抗弹性能的新方法。 随着聚脲厚度的增加，陶瓷块的破坏模式从上表面的压缩向下表面的拉伸转变。 随着聚脲层厚度的增加，复合结构的弹道极限速度先增大后减小。 结合聚脲层对陶瓷块的作用，建立了复合结构的弹道极限模型。
为进一步深入了解复合结构的弹道机理和指导复合装甲结构设计奠定基础。为了更深入地分析聚脲涂层陶瓷/金属复合结构的抗侵彻机理，提出了一种结合轻量化指标的抗侵彻性能评价方法。建立了聚脲层对复合结构抗侵彻机理影响的数值模型。研究了聚脲层对陶瓷吸能性能的影响，探讨了聚脲层厚度对陶瓷应力状态和损伤发展模式的影响，并分析了不同聚脲层厚度陶瓷块破坏模式转变的机理。利用量纲分析工具建立了复合结构的弹道极限速度的半经验模型，阐明了聚脲层厚度对这一极限的影响。通过实验和数值模拟相结合的方法，验证了模型的有效性。结合机理分析的同时，也探讨了这种影响的深层原因。建立了基于厚度比的复合结构弹道极限速度预测理论模型，并在此基础上提出了两类工程优化问题。
聚脲层厚度的增加导致了陶瓷块失效模式的转变。当冲击侧聚脲层厚度小于1.1mm时，陶瓷块表面出现压缩破坏。当聚脲层厚度超过2.2 mm时，由顶部的压缩破坏向底部的拉伸破坏过渡，损伤扩展由自上而下向自下而上转移。这种转变，加上陶瓷不同的拉伸-压缩行为，导致降低了复合结构的弹道极限，如图 1所示。
图 1 聚脲层厚度对复合结构陶瓷破坏模式的影响。
在该研究范围内，作者使用半经验模型获得了弹道极限速度与聚脲层厚度之间的穿透阻力模式。当聚脲层位于冲击侧时，作为唯一变量的聚脲层厚度的增加最初导致复合结构的弹道极限速度增加，随后又降低。当聚脲层的厚度超过一定值时，复合结构的弹道极限可能会降至聚脲层厚度为0mm的基线对照组以下，如图 2所示。
图2 聚脲厚度对弹道极限的影响。
该论文主要研究了聚脲涂层在复合结构中的抗侵彻机理。提出了一种评价新型聚脲涂层陶瓷/金属复合结构抗弹性能的无量纲评价方法。该方法考虑了轻量级指标和抗侵彻性能的无量纲参数之间的相互作用，为评估不同结构的聚脲涂层陶瓷/金属复合结构的抗侵彻性能提供了一种有效的手段。建立数值模型分析聚脲层厚度和位置对陶瓷/金属复合结构抗侵彻性能的影响。分析复合结构中各种材料的吸能特性，结合中心陶瓷的应力状态和破坏模式，推导了聚脲层对弹道性能的阻力机理。通过使用量纲分析，作者制定了一个无量纲的半经验模型，描述了弹道极限和聚脲层厚度之间的关系。该模型揭示了聚脲层厚度和层厚比对弹道极限的影响。重要的是，这些发现与机制分析结果一致。最后，建立了一个理论模型来预测聚脲涂层陶瓷/金属复合结构的弹道极限。此外，还介绍了两种不同类型的优化问题。
作者信息 ：
论文第一作者是北京理工大学机电学院博士后司鹏。论文的共同作者还包括北京理工大学刘彦教授、黄风雷教授、闫俊伯助理教授、乔金超博士后，清华大学柳占立教授，中国运载火箭技术研究院的柯源工程师。该工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、魁元实验室开放基金项目的资助。
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