软质防弹材料防弹性能速度系数评估法的制作方法

专利名称：软质防弹材料防弹性能速度系数评估法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种物质材料性能的评估方法，尤其涉及软质防弹材料防弹性能速度系数评
估法
背景技术：
在执法领域，根据不同需要研制各种防弹功能产品的需要不断增长，软质材料开始应用
于防弹领域，如专利号为200680038809.7的发明专利公开了--种防吸液性柔性防弹材料及其 生产方法以及由此制造的产品，该材料就是一种柔性复合材料；再如专利号为03803497.2 的发明专利公开了一种抗穿剌和防弹材料及其制造方法，该专利所述的防弹材料也是一种软 质材料。但是，在软质材料应用于防弹产品研发设计过程中，现有技术却没有对软质材料防 弹性能的评估给予科学的指导。
作为软质防弹材料的重要性能指标，面密度值发生变化时，将使得该型防弹材料制作成 的防弹产品的防弹性能发生变化，弹道极限Vw值也将随之产生变化，对于同一种防弹材料而 言，由于面密度值的变化是通过单片防弹材料层数的变化实现的，增加防弹材料层数时，面 密度值的跳跃性变化，这样一來防弹性能和弹道极限Vw值都会发生变化，那么这种变化是怎 么样却是理论理论研究的盲点。而且在实际应用中，面密度范围的各个可变区间内，防弹材 料防弹性能和面密度值的变化有又有着怎样的规律，研究表明，作为防弹性能评估过程中的 两个关键的量化指标一面密度与弹道极限Vs。值，两者之间的对应关系对防弹产品的研发有着 重要的指导意义。经过大量实弹射击试验并对试验出的弹道极限Vs。数据进行系统化整理分 析，发现两者的变化量之间具有一定的关联。
因此现有技术对于软质材料的防弹性能缺乏评估方法，将定义一个全新的物理概念，其 意义在于能够科学的指导防弹材料在防弹类产品设计研发过程中的应用。

发明内容
为了解决现有技术对软质材料的防弹性能缺乏科学的评估方法的问题，本发明的目的在 于提供一种软质防弹材料防弹性能速度系数评估法，该方法是通过定义一个全新的物理量一 速度系数，能够更加系统、科学的将软质防弹材料的物理指标(面密度)和性能指标(弹道 极限Vs。值)联系起來，是在经典比吸能理论基础上提出的评价软质防弹材料防弹性能的创新 方法。
本发明的技术方案是这样实现的首先，将面密度的变化量与相应的V5。值的变化量之比 首次命名为速度系数。速度系数的定义公式如下—F1
速度系数=——50 50—— 面密度。一面密度
其中公式的分子部分是同种防弹材料弹道极限Vs。值的差值，而分母则为实现上述两个弹
道极限Vw值时该防弹材料的面密度差值。如果均使用国际主单位，则速度系数的单位为m3/ (s
g)。从定义公式不难看出，速度系数即是、。值-而密度曲线上各点的斜率。
然后可以发现如下规律
1. 对于同一种防弹材料而言，由于面密度值的变化是通过单片防弹材料层数的变化实现的， 增加防弹材料层数时面密度值的跳跃性变化决定了速度系数的赋值也是不连续的。而在实际 应用的面密度范围的各个可变区间内，我们将速度系数做线性处理，各个单调区间内该线性 关系的斜率大小反应了该型防弹材料在特定面密度范围内的防弹特性的变化规律。
2. —种防弹材料速度系数值的离散性越大，表明该材料防弹性能的不规则性越强。这样的防
弹材料，往往有着速度系数值整体较高的"黄金区间"，在该区间内，增加面密度对防弹性能
的提升占据主要地位，材料的利用率最好；而在速度系数值整体趋低的"灰铁区间"，增加面 密度(成本)带來的防弹性能(效益)提升则不明显。
3. 如果一种防弹材料速度系数值的变化整体趋于稳定，即面密度与Vs。值之间呈准线性变化规 律，则增加面密度对性能提升具有持续性效果，对这种材料，需要更多的考虑成本与效益之 间的结点而非平衡点。
4. 从整体上看，虽然不同材料速度系数各不相同，但其数值一般在0. 01 m3/ (s， g) —O. 09 m3/ (s
g)范围内。这意味着增加一片单片面密度为200g/m2的防弹材料层对于Vs。值提升的贡献在 2m/s-18m/s之间。速度系数的数值在不同面密度下的分布，是研究防弹能力提升的"层数效 应"的关键。
根据研究的规律，对于同一种防弹材料而言，可以通过变化单片防弹材料的层数来构建 该种防弹材料的速度系数数据库，即在每个面密度可变区间，选取三个基点，都测出相应的 面密度值和弹道极限V5。值，利用公式计算出该面密度区间的速度系数，并记下面密度-和V050 值，这样每个面密度区间都有一个对应的速度系数在数据库中可査，并可査出该种材料的面 密度"和V^值。
因此，从定量和定性的角度得出以下结论引入了速度系数的物理量之后，产品设计过 程中性能(Vs。值) 一成本(面密度)被"绑定"在一个物理指标上，能够方便的指导定性化 和定量化工作。
从定性的角度讲，防弹材料在可使用的面密度范围内，速度系数越大，说明防弹性能随 面密度增加而提升的效果越佳；速度系数本身的变化越小，说明该材料防弹性能的稳定性越 好。而通过研究某防弹材料速度系数的这种变化规律，能够预先判断出该型材料在什么面密度区间下能获得最好的防弹表现，也有助于比较材料之间的防弹设计极限。
从定量的角度讲，通过对速度系数数据库中查阅具体适用的速度系数值，能够方便的通
过速度系数公式计算出目标材料在目标面密度下的Va,值。
通过速度系数计算Va,值的方法如下-将上述定义公式变形为
为了计算V;,值，应先计算出面密度'的数值，再查找其对应的速度系数，面密度。时的 面密度值宜选择大于面密度'且最邻近的数值。
从以上的介绍可见，速度系数及其相关的系数数据库，成为显性的、易于测量的材料物 理指标和隐性的、不易于测试的弹道极限Vw值之间的联系桥梁，从而能够方便的指导软质防 弹材料性能的评价，这是对当前作为研究主流的比吸能理论的重要补充，是解决目前困囿于 计算用数据缺乏现状的重要创新。
并且，从实用性上，速度系数法及相关的数据库涵盖了当前国内外13种最常用的软质防
弹材料及其可用范围内的面密度值，并兼顾了国际通用的5.385mra破片弹头与国内最常见的 7.62mm铅芯弹头，基本满足我国当前防弹装备研究领域内的所有计算性要求。速度系数法对 防弹产品的设计、对防弹性能的评估具有重要的指导意义，填补了国内外空白数据空白、开 拓了研究思路，具有很高的实用价值。
具体实施例方式
下面具体实施例对软质防弹材料防弹性能速度系数评估法作进一步详细描述，但不作为 对发明专利的限定。
以使用GF型材料制成的某防弹衣为例，使用作为防7. 62mm铅芯弹头的防弹层。
歩骤一通过实验，构件GF型材料的速度系数数据库；
歩骤二称量和计算GF型材料制制成的防弹层的面密度为7500g/m、
歩骤三通过GF材料速度系数数据库査得此面密度范围内的速度系数为0.025;
歩骤四査出巳知的面密度"和V^值，分别为7616g/V和589. 4m/s;
歩骤五将已知数据代入公式，=r/Q-速度系数X(面密度。—面密度')，
得到V、。值为586. 5m/s:
歩骤六根据计算出的V^值对软质防弹材料防弹性能进行评估。
权利要求
1.软质防弹材料防弹性能速度系数评估法，其特征在于该方法包括(1)构建软质防弹材料的速度系数数据库；(2)称量和计算软质防弹材料制成的防弹层的面密度；(3)根据软质防弹材料的面密度在速度系数数据库中查出对应此面密度范围内的速度系数；(4)在软质防弹材料的速度系数数据库中查出该种软质防弹材料的面密度°和V°50值，将已知的数据代入公式， id="icf0001" file="A2009100927780002C1.tif" wi="91" he="7" top= "73" left = "61" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>得到Vt50值；(5)根据计算出的Vt50值对软质防弹材料防弹性能进行评估。
2. 根据权利要求1所述的软质防弹材料防弹性能速度系数评估法，其特征在于所述构 建软质防弹材料的速度系数数据库，是指在实验中，通过变化单片防弹材料的层数来即在每 个面密度可变区间选取三个基点，测出相应的面密度值和弹道极限V5。值，利用公式计算出该 面密度区间的速度系数，以此构建出该种防弹材料的速度系数数据库。
3. 根据权利要求1所述的软质防弹材料防弹性能速度系数评估法，其特征在于在构建 速度系数数据库时，软质防弹材料的面密度"和V;值也一并测出，成为速度系数数据库的组 成部分。
全文摘要
本发明公布了一种软质防弹材料防弹性能速度系数评估法，该方法包括首先构建软质防弹材料的速度系数数据库；然后称量和计算软质防弹材料制成的防弹层的面密度；根据软质防弹材料的面密度在速度系数数据库中查出对应此面密度范围内的速度系数；在软质防弹材料的速度系数数据库中查出该种软质防弹材料的面密度^o和V^o₅₀值，将已知的数据代入公式，V⁶₅₀＝V⁰₅₀-速度系数×(面密度^o-面密度^t)得到V^t₅₀值；并根据计算出的V^t₅₀值对软质防弹材料防弹性能进行评估。速度系数法对防弹产品的设计、对防弹性能的评估具有重要的指导意义，填补了国内外空白数据空白、开拓了研究思路，具有很高的实用价值。
文档编号G06F17/50GK101661523SQ200910092778
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月24日 优先权日2009年9月24日
发明者胡志昂, 郝文起 申请人:公安部第一研究所;北京中盾安全技术开发公司