[发明专利]一种锥台嵌挤装配式复合防护结构

说明书

一种锥台嵌挤装配式复合防护结构，包括约束框架、背板、填充块和缓冲垫块，所述约束框架内设有多个与填充块大小相匹配的通孔构成安装孔，所述约束框架设置在背板上，所述填充块为锥台型，所述缓冲垫块设置在填充块的小端上，所述缓冲垫块和填充块安装在约束框架的安装孔内，并且所述填充块通过锥面配合楔紧在约束框架的安装孔内，同时将所述缓冲垫块约束在安装孔的底部；本装置约束框架由多块填充块拼装而成，在分区块预应力约束下，侵彻或者爆炸作用后的损伤范围将明显减少，可以经受多次打击，而且受损后的填充块容易拆卸更换，修复简便快捷。

技术领域

本发明专利涉及一种锥台嵌挤装配式复合防护结构。

背景技术

近年来，随着武器装备的不断升级和发展，以及恐怖爆炸袭击的严峻态势，对装甲设备和防护结构的防护性能提出更为严峻地挑战，研发更轻盈、更有效的装甲和防护结构任重道远。陶瓷材料(如Al₂O₃、B₄C、SiC、TiB₂和AlN等)具有低密度、高硬度、高抗压强度等特点，能够有效地钝化和磨蚀弹丸，可以显著提高装甲的抗侵彻性能。混凝土是目前应用最广泛的土木工程材料之一，广泛地应用于军事和人防工程中，也是核安全壳极为重要的材料。但是陶瓷、混凝土作为低韧性和低抗拉强度的脆性材料，其在弹体的冲击下很容易发生整体脆性破碎和崩塌现象，抗侵彻性能受到严重影响。当陶瓷或者混凝土材料遮弹层结构在韧性材料(钢管、纤维增强材料等)分区块约束下，其抗弹性能明显优于无约条件下的遮弹层，而且分区块约束的基础单元直径越小，其抗侵彻性能和抗多发打击性能越好。这是由于其在约束作用下，其径向膨胀和裂纹开展都受到限制，很大程度地提高其强度和韧性，明显地提高其抗侵彻性能。

研究表明，陶瓷材料在分区块约束的基础上施加预应力，抗侵彻性能可以得到进一步地提高。试验发现，陶瓷靶在侧向板约束下并施加双轴预应力(围压)，其静态、动态强度以及硬度都随着预应力的增大而增大。施加在陶瓷靶上的预应力可以抵消弹丸局部冲击瞬态拉应力，有效抑制靶体内部裂纹萌生和扩展。即使在高速冲击下陶瓷内部发生断裂或者破碎，但各裂块之间挤压紧密，只有裂纹而没有扩容，使得破碎陶瓷区域内部存在更大的侵彻阻力，十分有效的提高陶瓷的抗侵彻和抗冲击性能。虽然目前预应力约束条件下的混凝土在抗侵彻性能研究较为少见，但分区块预应力约束效应同样适用于混凝土、玻璃等脆性材料。

分区块陶瓷预应力约束主要有机械挤压法和热装法。机械挤压法是在陶瓷面板面内方向推动侧向板直接挤压陶瓷板的侧面，对陶瓷施加横向预应力；热装法是将存在盈差的陶瓷块和金属约束环在高温下装配，热膨胀系数较大、收缩更快的金属在整体降温后压缩陶瓷施加预应力，如申请号为201810777211.4的中国专利申请公开的一种约束陶瓷-金属复合防弹装甲板及其制备方法。但这两种方法对陶瓷材料施加预应力比较困难，而对耐热性能较差的混凝土和玻璃等脆性材料进行分区块预应力约束更为困难。申请号为202010591444.2的中国发明专利申请公开了一种用于复合装甲结构的预应力约束块，通过锥台填充体与约束环锥面配合而楔紧，较为简便地对填充体施加径向预应力，可以在室温条件下实现对陶瓷、混凝土或者玻璃等填充材料施加双轴预应力。如果在双轴预应力的基础上进一步对约束块施加第三向预应力，将会对其抗弹性能有更大幅度地提高。