CN107515154A - 一种以冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能的实验装置及其评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种以冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能实验装置及其评价方法，属于防弹织物弹道侵彻实验中的测量技术领域。首先进行钢球自由坠落的标定实验，接着，对纤维编织布进行标准弹道冲击实验，对弹道实验冲击坑进行非接触光学测量得到其三维形貌体积数据。最后，将冲击坑体积数据代入标定实验中所得的冲击坑体积与冲击能量关系，计算出冲击过程中纤维布吸收能量后弹体的剩余能量,由弹头动能减去剩余能量得出纤维布吸收的能量。本发明以冲击坑三维形貌体积为指标建立对纤维布抗冲击性能的评价体系。采用非接触光学测量方式对冲击坑的三维形貌体积进行测量，对包含在冲击坑中的信息记录的更加全面、准确，增加了对纤维布防弹性能评价的综合性和全面性，对以后防弹装备的发展具有现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种以冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能实验装置及其评价方法，属于防弹织物弹道侵彻实验中的测量技术领域，是采用非接触光学测定的、以冲击坑三维形貌体积为指标的、评价冲击能量吸收能力的方法。
背景技术
芳纶纤维具有超高强度、高模量、重量轻，耐高温等特点，被广泛的应用于防弹装备的制备中去，由芳纶纤维束进行平纹编织的织物常被用来制备软体防弹衣，并且芳纶纤维也可与其它附加材料组合制成复合材料，应用于建材、电子设备、航空航天等领域。目前，国内对于芳纶纤维防弹、防刺性能的研究仍然存在评价体系不完整、理论滞后等缺陷，本实验装置主要实现了织物的圆形周边固支、与弹道冲击系统相固定、盛放胶泥获得冲击坑的作用，用于对织物的防弹性能进行评价，实验装置的完成为建立织物防弹性能评价提供了光学测量实验基础。
防弹衣的抗冲击性能是指吸收耗散弹头、破片动能、阻止穿透、保护人体的能力。防弹衣的防弹性能主要体现在以下两个方面：一、防弹片：各种爆炸物如地雷、炸弹等产生的高速破片是在战场上的主要威胁之一，所以防弹衣的防弹片性能应该予以强调；二、防护非贯穿性损伤：子弹在击中目标后会产生非常大的冲击力，即使在子弹未穿透防弹衣的情况下，这种冲击力作用于人体所产生的伤害也是致命的，所以防止非贯穿性损伤的能力也是体现和检验防弹衣防弹性能的一个重要方面。
在弹道冲击实验中，如果有能力对被冲击织物后侧的冲击坑形貌进行准确测量，并且能够通过冲击坑的形貌来得到弹头冲击织物后的剩余能量，这将会更加准确且全面地评价出编织纤维布的抗冲击性能。
传统的编织纤维布防弹性能评价方法一般是采用以背面冲击坑深度作为评价指标来衡量防弹装备是否达到防弹性能要求。使用位移计对冲击坑的深度进行测量，而在冲击坑的三维形貌中所包含的其他信息被弃之不用，在一定程度上存在着评价手段单一、评价结果不全面、精度低等缺点。随着非接触光学测量技术的日益提高，这种测量方式在变形检测方面受到了越来越多的重视，利用非接触光学测量技术和图像处理技术完成数据提取，从而实现对冲击坑三维形貌的测量要求，这种方法数据获取更加多样，评价方式更加全面，能够对冲击坑的三维形貌进行较为精确地测量。
发明内容
本发明主要提供了一种以冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能实验装置及其评价方法。使用非接触光学测量冲击坑的三维形貌体积，通过标定实验得到冲击能量与胶泥冲击坑的形貌体积关系；对于纤维编织布冲击实验的冲击坑体积进行测量，利用上述标定关系就可从冲击坑体积得到冲击剩余能量。
本发明采用的技术方案是：一种以冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能的实验装置，它包括织物试件、在中间位置上开有通孔的压板和开有固定螺孔的胶泥容器，所述胶泥容器中装填满胶泥，把织物试件盖在装满胶泥的胶泥容器上，把压板压在织物试件上，拧紧夹紧螺栓把织物试件夹紧在胶泥容器上；所述胶泥容器侧面的固定凸台通过螺栓与弹道冲击试验台固定连接，抛射弹头的枪管垂直指向织物试件的表面中心。
所述胶泥容器装填胶泥的空间采用与压板上的通孔直径相同的盲孔。
所述的实验装置对冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能的评价方法，具体步骤如下：
（a）使用钢球直接对平整的胶泥表面进行钢球自由坠落冲击实验，把规定型号的胶泥盛放在铁箱容器中，在室温中静置11-13小时使得胶泥整体温度均匀 ；然后，使用规定重量的钢球分别在不同高度对胶泥进行自由落体冲击，得到已知能量冲击下具有不同体积的冲击坑；
（b）对在自由坠落实验中所得到的一系列冲击坑进行非接触光学形貌测量，经过图像处理得到不同冲击能量所对应冲击坑的三维形貌和体积；
（c）对冲击能量与冲击坑体积关系进行数据拟合，将坠落实验的钢球冲击能量和对应的冲击坑体积进行二次多项式拟合，得到冲击能量与冲击坑体积之间的标定关系；
（d）进行弹道冲击编织纤维布实验，将需要进行防弹性能测试的织物试件蒙附于胶泥表面，固定于弹道冲击测试系统中，并对织物试件进行弹道冲击测试；使用不同气压抛射弹头冲击织物试件表面，观测织物试件冲击前后形貌，得到胶泥冲击坑；采用光电设备测量弹头速度，以获得冲击前的弹头动能；
（e）与自由坠落标定实验的冲击坑测量方式相同，对弹道冲击织物试件所得到的冲击坑进行非接触光学三维形貌测量，得到不同冲击能量下的冲击坑体积；
（f）根据自由坠落实验所得到的冲击能量-冲击坑体积之间的标定关系，得到弹道冲击织物试件实验的剩余能量，再由弹头的动能减去剩余能量得出织物试件所吸收的能量。
本发明的有益效果是：这种以冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能实验装置及其评价方法，首先进行钢球自由坠落的标定实验，接着，对纤维编织布进行标准弹道冲击实验，对弹道实验冲击坑进行非接触光学测量得到其三维形貌体积数据。最后，将冲击坑体积数据代入标定实验中所得的冲击坑体积与冲击能量关系，从而得到弹道冲击实验过程中弹头动能经纤维布耗散之后的剩余能量，再由弹头的动能减去剩余能量就可以得出纤维布所吸收的能量。本发明以冲击坑三维形貌体积为指标建立对纤维布抗冲击性能的新评价体系。采用非接触光学测量方式对冲击坑的三维形貌体积进行测量，对包含在冲击坑中的信息记录的更加全面、准确，大大增加了对纤维布防弹性能评价的综合性和全面性，对以后防弹装备的发展具有现实意义。
附图说明
图1是以冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能实验装置的主视图。
图2是以冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能实验装置的俯视图。
图中：1、织物试件，2、压板，2a、通孔，3、胶泥容器，3a、固定凸台，3b、螺栓孔，4、夹紧螺栓，5、胶泥。
具体实施方式
下面结合附图阐明本发明的具体实施方式。
图1、2示出了以冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能的实验装置图。图中，这种以冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能的实验装置，它包括织物试件1、在中间位置上开有通孔2a的压板2和开有固定螺孔的胶泥容器3。胶泥容器3中装填满胶泥5，把织物试件1盖在装满胶泥5的胶泥容器3上，把压板2压在织物试件1上，拧紧夹紧螺栓4把织物试件1夹紧在胶泥容器3上。胶泥容器3侧面的固定凸台3a通过螺栓与弹道冲击试验台固定连接，抛射弹头的枪管垂直指向织物试件1的表面中心。胶泥容器3装填胶泥5的空间采用与压板2上的通孔2a直径相同的盲孔。
采用上述的实验装置对冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能的评价方法，具体步骤如下：
（a）首先直接对平整的胶泥表面进行钢球坠落冲击实验，使用钢球直接对规定型号的胶泥进行自由坠落冲击实验，胶泥盛放在长×宽×高为300mm×300mm×300mm的胶泥容器中，在20-25oC的室温中静置12小时左右使得胶泥整体温度均匀，然后使用直径为80mm的钢球分别在100mm、200mm、300mm、…、1000mm的高度对胶泥进行自由落体冲击，可以得到不同冲击能量下的胶泥冲击坑；
（b）对在坠落实验中所得到的一系列的冲击坑进行非接触光学测量，经过图像处理得到不同冲击能量对应的冲击坑三维形貌体积；
（c）将坠落实验的钢球冲击能量和对应的冲击坑体积进行二次数据拟合，得到冲击能量与冲击坑体积之间的标定关系；
（d）进行编织纤维布弹道冲击实验。将需要进行防弹性能测试的编织纤维布蒙附于胶泥表面，固定于弹道冲击测试系统中，并对纤维布进行弹道冲击测试。分别采用5种不同气压抛射弹头冲击于纤维布表面，对弹头速度进行测量，观察纤维布冲击前后形貌，得到胶泥冲击坑；
（e）与自由坠落实验的冲击坑测量方式一样，采用非接触光学测量弹道实验所得到的冲击坑三维形貌，得到不同冲击能量下的冲击坑体积；
（f）对比自由坠落实验所得到的冲击能-冲击坑体积标定关系，得到弹道冲击实验的剩余能量，再由弹头的动能减去剩余能量就可以得出纤维布所吸收的能量。
Claims (3)
1.一种以冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能的实验装置，它包括织物试件（1）、在中间位置上开有通孔（2a）的压板（2）和开有固定螺孔的胶泥容器（3），其特征是：所述胶泥容器（3）中装填满胶泥（5），把织物试件（1）盖在装满胶泥（5）的胶泥容器（3）上，把压板（2）压在织物试件（1）上，拧紧夹紧螺栓（4）把织物试件（1）夹紧在胶泥容器（3）上；所述胶泥容器（3）侧面的固定凸台（3a）通过螺栓与弹道冲击试验台固定连接，抛射弹头的枪管垂直指向织物试件（1）的表面中心。
2.根据权利要求1所述的一种以冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能实验装置，其特征是：所述胶泥容器（3）装填胶泥（5）的空间采用与压板（2）上的通孔（2a）直径相同的盲孔。
3.根据权利要求1所述的实验装置对冲击坑三维形貌体积为指标的织物防弹性能的评价方法，其特征是：具体步骤如下：
（a）使用钢球直接对平整的胶泥表面进行钢球自由坠落冲击实验，把规定型号的胶泥盛放在300mm×300mm×300mm的铁箱容器中，在室温中静置11-13小时使得胶泥整体温度均匀 ；然后，使用规定重量的钢球分别在不同高度对胶泥进行自由落体冲击，得到已知能量冲击下具有不同体积的冲击坑；
（b）对在自由坠落实验中所得到的一系列冲击坑进行非接触光学形貌测量，经过图像处理得到不同冲击能量所对应冲击坑的三维形貌和体积；
（c）对冲击能量与冲击坑体积关系进行数据拟合，将坠落实验的钢球冲击能量和对应的冲击坑体积进行二次多项式拟合，得到冲击能量与冲击坑体积之间的标定关系；
（d）进行弹道冲击编织纤维布实验，将需要进行防弹性能测试的织物试件（1）蒙附于胶泥（5）表面，固定于弹道冲击测试系统中，并对织物试件（1）进行弹道冲击测试；使用不同气压抛射弹头冲击织物试件（1）表面，观测织物试件（1）冲击前后形貌，得到胶泥（5）冲击坑；采用光电设备测量弹头速度，以获得冲击前的弹头动能；
（e）与自由坠落标定实验的冲击坑测量方式相同，对弹道冲击织物试件（1）所得到的冲击坑进行非接触光学三维形貌测量，得到不同冲击能量下的冲击坑体积；
（f）根据自由坠落实验所得到的冲击能量—冲击坑体积之间的标定关系，得到弹道冲击织物试件（1）实验的剩余能量，再由弹头的动能减去剩余能量得出织物试件（1）所吸收的能量。
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