一种用于测试陶瓷防护性能的约束装置及测试方法与流程

1.本发明涉及材料力学性能测试领域，特别涉及一种用于测试陶瓷防护性能的约束装置及测试方法。


背景技术：

2.陶瓷材料由于具有低密度、高模量、高硬度和高压缩强度等优点而成为优良的抗弹材料。国内抗弹陶瓷迄今已研究了al2o3、al2o
3-zro2、al2o
3-sic、al2o
3-si3n4和sialon等多种实用性强的抗弹陶瓷，抗弹性能已达到了较高水平。研制的高性能az(al2o3基)抗弹陶瓷已广泛应用于各类装甲车辆上，主要用作复合装甲夹层材料，高端抗弹用sic、b4c陶瓷国内正在开展工程配套研制。
3.然而，陶瓷材料的致命弱点是脆性、低可靠性和低重复性，这些不足严重影响了陶瓷材料的广泛应用，材料的脆性主要表现为断裂韧性低。为了筛选性能优异的抗弹陶瓷，需要进行靶试测试工作，国内目前通常采用gjb8660-2015《装甲材料防护系数测定方法》测试其防护性能，这一标准中规定“脆性装甲材料试验靶板应采用面板和轴向约束装置，面板为375-514hb的高硬度装甲钢，其厚度占试验用弹侵彻威力的10％左右；脆性材料周向约束装置应保证其在试验过程中不开裂或明显变形；支撑板的厚度，应保证不产生明显背凸、裂纹等现象”。这种说法较笼统，对约束装置材料、连接方式、匹配公差等没有详细规定，实际操作中多种不确定因素会导致同种规格陶瓷在不同约束条件下试验结果差别较大。
4.基于现有技术中存在的上述缺点，亟需开发一种陶瓷材料防护系数的约束装置及其测试方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术中陶瓷测试时约束结构强度不足对试验结果的不利影响，以及三维约束结构不统一造成的不同测试结果偏差大的技术问题。本发明提供了一种用于测试陶瓷防护性能的约束装置及测试方法，可减小同种规格陶瓷在不同约束条件下试验结果的差别，提高陶瓷防护性能的测试结果的准确性。
6.为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种用于测试陶瓷防护性能的约束装置，包括：
7.金属后效板；
8.侧向约束板，设置于所述金属后效板上，所述侧向约束板中心开设有贯穿孔，所述陶瓷置于所述贯穿孔内；
9.金属面板，所述金属面板设置于所述侧向约束板远离所述金属后效板的一侧；
10.所述金属后效板、侧向约束板、金属面板依次叠放并通过螺栓连接。
11.根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种用于测试陶瓷防护性能的约束装置，所述贯穿孔为方形、圆形或六边形结构。
12.根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种用于测试陶瓷防
护性能的约束装置，所述金属后效板的材质为603装甲钢；
13.所述金属后效板的厚度为30-80mm。
14.根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种用于测试陶瓷防护性能的约束装置，所述侧向约束板的材质为45号钢；
15.所述侧向约束板的厚度为20-60mm。
16.根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种用于测试陶瓷防护性能的约束装置，所述金属面板的材质为603装甲钢；
17.所述金属面板的厚度为3-12mm。
18.根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种用于测试陶瓷防护性能的约束装置，所述金属后效板、侧向约束板、金属面板均为正方形结构，所述正方形的边长不小于160mm。
19.根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种用于测试陶瓷防护性能的约束装置，所述金属后效板、侧向约束板、金属面板的四角均开设有通孔，所述通孔的直径大于21mm，所述通孔中心距所述正方形边缘的距离不小于20mm。
20.本发明的实施方式还公开了一种约束条件下陶瓷防护性能的测试方法，使用上述用于测试陶瓷防护性能的约束装置，具体步骤如下：
21.步骤一、将与所述贯穿孔匹配的陶瓷片置于所述贯穿孔内，将所述金属面板、安装有陶瓷片的侧向约束板、金属后效板依次叠放，将螺栓依次穿过所述金属后效板、安装有陶瓷片的侧向约束板、金属面板上相互贯通的通孔，然后将螺母于所述金属面板一端连接于所述螺栓上，形成陶瓷约束结构；
22.步骤二、将所述陶瓷约束结构放置于靶箱内，所述金属面板一端面向子弹射击来的方向，所述金属面板的中心置于着弹点处，所述金属后效板一端由靶框支撑；
23.步骤三、进行射击试验，试验结束后将所述陶瓷约束结构由靶箱中取出，将螺母旋出，取下金属后效板，用游标卡尺量出金属后效板上的弹坑深度，基于标准中的公式计算该厚度陶瓷的防护系数。
24.根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种约束条件下陶瓷防护性能的测试方法，所述螺栓数量为四个。
25.与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
26.通过对进行测试的约束装置进行改进，提高其对待测试陶瓷片的约束强度，提高测试结果的准确度；且约束装置结构简单，便于操作，提高测试效率与简便性。
附图说明
27.图1示出本发明实施例的约束装置的正视图；
28.图2示出本发明实施例约束装置的金属后效板的俯视图；
29.图3示出本发明实施例约束装置的侧向约束板的俯视图；
30.图4示出本发明实施例未叠加金属面板的约束装置的结构示意图。
31.附图标记：
32.1-金属后效板，2-侧向约束板，3-金属面板，4-贯穿孔，5-第一螺栓，6-第二螺栓，7-第三螺栓，8-第四螺栓，9-陶瓷，10-陶瓷约束结构。
具体实施方式
33.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
39.如图1-4所示，本发明的用于测试陶瓷防护性能的约束装置，包括依次叠放的金属后效板1、侧向约束板2、金属面板3，侧向约束板2中心开设有贯穿孔4，待测试陶瓷置于贯穿孔4内；金属后效板1、侧向约束板2、金属面板3上相对应的开设有贯穿的通孔，使得螺栓可以依次穿过金属后效板1、侧向约束板2、金属面板3并将三者紧密连接。
40.可选地，贯穿孔4为方形、圆形或六边形结构，用于放置具有相应形状的陶瓷片，贯穿孔4与待测陶瓷片的公差相配合，以实现对陶瓷片更好的紧固。
41.可选地，金属后效板1的材质为603装甲钢，表面具有良好的平整度并打磨光滑，厚度为30mm，为正方形结构，边长160mm；四角预留4个直径23mm的通孔以放置螺栓，通孔中心距金属后效板1边缘的距离为20mm。
42.可选地，侧向约束板2的材质为45号钢，表面具有良好的平整度并打磨光滑，厚度为30mm，与待测试陶瓷的厚度一致；侧向约束板2为正方形结构，边长160mm；四角预留4个直径23mm的通孔以放置螺栓，通孔中心距侧向约束板2边缘的距离为20mm；侧向约束板2中心的贯穿孔4为圆形，内径80mm，公差为+0.05～+0.10mm。
43.待测试陶瓷为圆形陶瓷片，直径为80mm，厚度30mm，材质为b4c陶瓷，直径公差为-0.05～0mm，陶瓷放置在贯穿孔4中间，如图4所示。
44.可选地，金属面板3的材质为603装甲钢，表面具有良好的平整度并打磨光滑，金属面板3的厚度为7mm；为正方形结构，边长160mm，四角预留4个直径为23mm的通孔以放置螺栓，通孔中心距金属面板3边缘的距离为20mm。
45.可选地，螺栓采用高强度钢材质，强度等级为10.9s，规格为m20以上。
46.具体而言，采用该约束装置在约束条件下测试陶瓷的防护性能，操作如下：
47.将侧向约束板2叠放于金属后效板1上，使得二者四角的通孔分别重合连通，将与贯穿孔4匹配的陶瓷片置于贯穿孔4内，再将金属面板3叠放于侧向约束板2上，并使得金属面板3四角的通孔与下方侧向约束板2四角的通孔、金属后效板1四角的通孔均重合相连通；将第一螺栓5、第二螺栓6、第三螺栓7、第四螺栓8分别由金属后效板1一端的通孔穿向金属面板3的通孔并伸出金属面板3上方，然后将螺母于金属面板3的一端分别拧紧于第一螺栓5、第二螺栓6、第三螺栓7、第四螺栓8上，形成陶瓷约束结构10；
48.将陶瓷约束结构10放置于测试靶箱内，其中，金属面板3的一端面向子弹射击来的方向，金属面板3的中心放置于着弹点处，金属后效板1一端由靶框进行支撑固定；
49.随后进行射击试验，试验结束后将陶瓷约束结构10由靶箱中取出，将螺母旋出，取下金属后效板1，用游标卡尺量出金属后效板1上的弹坑深度，基于标准中的公式计算该厚度陶瓷的防护系数。
50.基于公式计算该陶瓷防护系数的过程如下：
51.参照gjb5119-2002“装甲材料抗弹系数测定方法”中5.7.1款：“等重穿深”中，第5.7.1.1条：“装甲材料等重穿深的计算”给出的计算公式，计算装甲材料的等重穿深：
52.z＝p.ρ/7850
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)
53.其中，z-等重穿深(mm)，
54.p-陶瓷材料的厚度(mm)，
55.ρ-陶瓷材料的密度(kg/m3)，
56.7850-标准装甲钢的密度(kg/m3)；
57.参照gjb5119-2002“装甲材料抗弹系数测定方法”中5.7.2款：“防护系数的计算”中，第5.7.2.1条：“装甲材料防护系数的计算”给出的计算公式，计算装甲材料的防护系数：
58.n＝(pb-ps-pr)/z
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)
59.其中，n-防护系数，
60.pb-试验用弹对标准均质装甲钢的穿深(mm)，
61.ps-陶瓷面板在弹道方向的穿深(mm)，
62.pr-支撑背板(标准均质装甲钢)在弹道方向的穿深(mm)，
63.z-等重穿深(mm)。
64.该约束装置可满足标准中关于“脆性材料周向约束装置应保证其在试验过程中不开裂或明显变形”的要求，并且试验过程中三维约束陶瓷装置的各部件(包括金属面板3、陶瓷9、侧向约束板2、金属后效板1)有效结合在一起，避免约束强度不足对试验结果产生不利影响，试验结果重复性好；使用统一的约束装置也可规范试验条件，使不同靶场的测试结果合理、有效和通用。
65.经过试验证实，该发明的装置可以保证测试陶瓷防护性能时陶瓷背紧密地约束在三维约束装置内，试验后未解散，试验结果重复性良好；使用该结构可完成抗弹陶瓷的防护
系数测定，约束结构强度足够，试验效果良好。
66.虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。