CN109178195A - 带斜向肋板的双侧防分层夹层板及应用、连接和制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带斜向肋板的双侧防分层夹层板，包括上面板、下面板以及填充在上、下面板之间的芯材，其中所述上面板的内侧均布有若干个斜向设置的上肋板，所述下面板的内侧均布有若干个斜向设置的下肋板；其中所述芯材与上肋板之间的摩擦系数为μ，该上肋板与上面板之间的斜向夹角小于tan^‑1μ，且所述芯材与下肋板之间的摩擦系数为μ＇，该下肋板与下面板之间的斜向夹角小于tan^‑1μ＇。本发明通过改变传统夹层板的结构形式克服了夹层板分层现象并明显提高了夹层板抗侵彻性能，不仅能增加船舶的防护性能，还能减轻重量，提高舒适性和安全性；本发明具有方便的加工方法以及较低的成本，将会应用于船舶结构、建筑结构和装甲车等领域。

Description

带斜向肋板的双侧防分层夹层板及应用、连接和制备方法

技术领域

本发明涉及适用于装甲防护和船舶建造的夹层板，尤其涉及一种带斜向肋板的双侧防分层夹层板及其制备方法。

背景技术

过去一个世纪以来，军事与民用工程师们对高速侵彻现象开展了大量研究，从事装甲防护研究的工程师，想方设法的减小被防护结构的破坏，抵抗高速弹体的侵彻。随着科学的不断发展，一些传统材料的抗冲击性能已经远远不能达到所需的要求，因此各类新型复合材料应运而生，夹层板便是其中之一。夹层板的出现使得工程师们在研究抗侵彻的领域中找到了新的方法，由于夹层板质量轻，强度大等优良性能，在多个工程领域中已经被广泛的使用。高速弹体的侵彻对于夹层板破坏形式比较复杂，其侵入角度与方式也比较复杂；夹层板需要承受不同的侵彻角度，能够在所遇到的各种状况下都具有良好的抗侵彻性能，直到将弹体动能耗尽以致发挥防护结构的安全防护作用。

当前应用于装甲防护领域的抗侵彻夹层板结构多是以低密度高比强度与比刚度材料为主，如2009年北京华盛荣镁业科技有限公司发明的镁合金夹层板，是以芯材的特性来增加夹层板对弹体抗侵彻性能，如2012年大连理工大学发明的三明治防弹夹层板，是以材料的聚集作用来增加夹层板的局部强度。

在船舶建造领域研究夹层板技术应用于船舶建造中较突出的公司是英国智能工程公司，其拥有多项各类夹层板发明专利,可应用于装甲防护和船舶建造方面的发明专利有CN100528548C改进的夹层板结构，该专利以多层材料层合而成夹层板分层问题严重。这些新型夹层板结构被应用于船舶建造的各方面极大地降低船舶的重量，同时提高了航行舒适性、防火性等多方面性能。

由上述可知，目前夹层板的种类功能繁多，一般是通过高强度面板与弹体的高速碰撞来抗击弹体的冲击或者通过不同的芯材吸能特性来吸收弹体冲击的能量，以对夹层板结构上的改进来增加夹层板抗侵彻性能的研究并不多，且当前广泛应用的夹层板在船舶建造中都面临脱层现象，严重影响船舶使用年限和使用安全。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种通过改变弹体侵彻路径的方法来提高夹层板的抗侵彻性能，增设的上肋板或下肋板被弹体侵入后可改变弹体的运动方向，增加弹体的运动路径，使弹体在夹层板中不停的运动直到速度为零的带斜向肋板的双侧防分层夹层板。

本发明的第二目的是提供一种基于带斜向肋板的双侧防分层夹层板的应用。

本发明的第三目的是提供第一种带斜向肋板的双侧防分层夹层板与装甲设备的连接方式。

本发明的第四目的是提供第二种带斜向肋板的双侧防分层夹层板与装甲设备的连接方式。

本发明的第五目的是提供第一种带斜向肋板的双侧防分层夹层板的制作方法。

本发明的第六目的是提供第二种带斜向肋板的双侧防分层夹层板的制作方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种带斜向肋板的双侧防分层夹层板，包括上面板、下面板以及填充在上、下面板之间的芯材，其中所述上面板的内侧均布有若干个斜向设置的上肋板，所述下面板的内侧均布有若干个斜向设置的下肋板；其中所述芯材与上肋板之间的摩擦系数为μ，该上肋板与上面板之间的斜向夹角小于tan^-1μ，且所述芯材与下肋板之间的摩擦系数为μ＇，该下肋板与下面板之间的斜向夹角小于tan^-1μ＇。

其中，所述上肋板与上面板之间的斜向夹角大于15°。

优选的，所述下肋板与下面板之间的斜向夹角大于15°。

优选的，所述上肋板和下肋板的倾斜方向相互平行。

再者，所述上肋板和下肋板的倾斜方向相交。

进一步，所述上肋板的延伸方向与上面板的一直边相平行。

优选的，所述上面板为方形结构面板，所述上肋板包括纵横相交的横向上肋板和纵向上肋板，其中所述横向上肋板的延伸方向与上面板的一对直边相平行，纵向上肋板的延伸方向与上面板的另一对直边相平行。

再者，所述下肋板的延伸方向与下面板的一直边相平行。

进一步，所述下面板为方形结构面板，所述下肋板包括纵横相交的横向下肋板和纵向下肋板，其中所述横向下肋板的延伸方向与下面板的一对直边相平行，纵向下肋板的延伸方向与下面板的另一对直边相平行。

本发明一种带斜向肋板的双侧防分层夹层板的应用，采用带斜向肋板的双侧防分层夹层板制造装甲设备的外部防护层，其中上面板和下面板均可作为外侧面。

本发明第一种带斜向肋板的双侧防分层夹层板与装甲设备的连接方式，所述夹层板通过横截面为U型结构的槽型构件与装甲设备相连接，在槽型构件的凹槽内涂胶，并将夹层板插入凹槽内固定，最后将槽型构件与装甲设备焊接固定。

本发明第二种带斜向肋板的双侧防分层夹层板与装甲设备的连接方式，所述夹层板通过横截面为工字型结构的工字构件与装甲设备相连接，在工字构件的凹槽内涂胶，并将夹层板插入凹槽内固定，最后将工字构件与装甲设备焊接固定。

本发明第一种带斜向肋板的双侧防分层夹层板的制作方法，包括如下步骤：所述夹层板的上、下面板和上、下肋板选用可焊接材料，芯材选用可熔材料；夹层板的上、下面板和上、下肋板之间通过焊接固定，将焊接有肋板的上、下面板固定在第一专用夹具内，上下面板之间放置若干个用于控制上、下面板距离的立柱；其中第一专用夹具为一面开口的盒状结构，该盒状结构的各个面板之间可拆卸连接；将可熔材料熔化后浇注至上、下面板之间，待冷却后即加工完毕。

本发明第二种带斜向肋板的双侧防分层夹层板的制作方法，包括如下步骤：所述夹层板的上、下面板和上、下肋板选用不可焊接材料，芯材选用可熔材料；将上、下肋板插入第二专用模具内，其中第二专用夹具包括一面开口盒状结构的模具主体和与该模具主体相适配的模具盖板，该模具主体和模具盖板上分别开设有相对应的用于插入肋板的上、下两排槽口，该上、下槽口可相互平行或相交，所述模具主体和模具盖板之间可拆卸连接；将可熔材料熔化后浇注至第二专用模具内，待冷却后将面板与浇注完成的芯体胶接形成夹层板。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)、本发明通过在上下面板上分别斜向设置上下肋板，使得当弹体垂直打进夹层板时，斜向设置的肋板会与弹体形成一定的角度，当弹体斜向打进夹层板时，面板会与弹体形成一定的角度，即只要弹体进入夹层板后就会改变方向进而打到第一层肋板，进入肋板时，会由于弹体速度在肋板法向的速度分量减少而大大减少了对肋板的冲击，同时肋板还会带动上层面板使其出现二次变形，进一步消耗掉部分弹体的能量；弹体继续向下运动，弹体也将会在夹层板内横向移动幅度进一步变大，直至大量的能量将在芯材与肋板中耗去，直到速度为零；

(2)、本发明夹层板中肋板的存在使弹体角度发生偏转，因此在弹体速度高于弹道极限速度时，夹层板被弹体击穿后，由于肋板的作用弹道的直线运动路线被改变，子弹击穿夹层板后将改变飞行轨迹，有利于对夹层板后目标的保护；

(3)、本发明中当弹体以与肋板平行的角度侵彻夹层板，且着板位置位于两相邻肋板中间时；在此特殊情况下，弹体斜侵彻夹层板，首先由于弹体攻角比较小，在小攻角的情况下弹体容易发生“跳弹”现象，就算不发生“跳弹”现象，弹体也会发生速度偏转，因此仍会与肋板发生碰撞，肋板消耗弹体能量，肋板对于弹体的侵彻仍具有优良的抵抗效果；

(4)、本发明夹层板利用肋板与芯材的摩擦系数，改变斜向肋板的角度使得肋板与芯材产生自锁现象，使得芯材与肋板牢牢的粘合在一起，克服了夹层板分层现象并极大的提高了夹层板抗侵彻性能；

(5)、在相同质量的情况下，本发明的夹层板比普通钢板拥有更强的刚度，在应用于船舶建筑中和传统钢板相比可以大幅提高船体刚度；

(6)、本发明通过改变传统夹层板的结构形式克服了夹层板分层现象并明显提高了夹层板抗侵彻性能，在船舶建造中使用本发明夹层板代替传统钢板不仅能增加船舶的防护性能，还能减轻船舶重量，提高船舶舒适性和安全性；本发明具有方便的加工方法以及较低的成本，具有其优良的抗侵彻性能，将会广范应用于船舶结构、建筑结构、装甲车、以及防弹结构等领域中。

附图说明

图1为本发明中实施例1的结构示意图；

图2为本发明夹层板中肋板与芯材之间力的示意图；

图3为本发明实施例2中夹层板的剖视图；

图4～图7为本发明实施例2弹体侵彻夹层板的过程示意图；

图8为本发明实施例3中夹层板的剖视图。

图9～图12为本发明实施例3中弹体侵彻夹层板的过程示意图；

图13为本发明实施例3中弹体以0.08cm/us(800m/s)的速度侵彻夹层板仿真模拟的垂向速度时程曲线图；

图14为本发明实施例3中仿真计算实例剖视图；

图15为模具主体的主视图；

图16为图15中A-A向的剖视图；

图17为图15中B-B向的剖视图；

图18为模具盖板的主视图；

图19为图18中C-C向的剖视图；

图20为图18中D-D向的剖视图；

图21为本发明中槽型构件的剖视图；

图22为本发明中工字构件的剖视图；

图23为本发明夹层板与工字构件和槽型构件的连接示意图一；

图24为本发明夹层板与盖板和槽型构件的连接示意图二；

图25为本发明夹层板应用于船舶上层建筑剖面示意图一；

图26为本发明夹层板应用于船舶上层建筑剖面示意图二；

图27为本发明夹层板应用于船体外板的剖面示意图；

图28为本发明中设有纵横相交的肋板的示意图；

图29为本发明中肋板的延伸方向与面板直边非平行时的示意图；

图30为本发明中肋板的延伸方向与面板直边非平行时夹层板的结构示意图一；

图31为本发明中肋板的延伸方向与面板直边非平行时夹层板的结构示意图二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明一种带斜向肋板的双侧防分层夹层板包括上面板1、下面板2、芯材3、上肋板4和下肋板5。其中若干个上肋板4间隔斜向平行设置于上面板1的内侧上，若干个下肋板5间隔斜向平行设置于下面板2的内侧上，上肋板4和上面板1的连接方式以及下肋板5和上面板2的连接方式均可采用胶接、焊接或者浇注等方式中的一种或多种。芯材3采用浇注的方式，进入上、下面板与上、下肋板之间的空隙内，使得夹层板的各组成结构结合形成一体。

本发明上面板1和下面板2是第一层抵抗侵彻，与上、下肋板固定后，在弹体贯穿上、下肋板过程中，受到牵连并发生二次变形以消耗弹体能量，上、下面板可选用钢板、玻璃钢、铝合金板和超高分子量聚乙烯板等材料中的一种或多种，面板厚度以及材料的组合形式根据实际需要而定。

本发明中所采用的芯材3，若无法与上、下肋板和上、下面板牢固粘贴在一起，则需利用上、下肋板与芯材之间的自锁来使芯材3固定，即根据上、下肋板与芯材之间的摩擦系数，使得在一定倾斜角度下，上、下肋板与芯材3产生自锁现象。

如图2所示，当弹体垂直侵彻夹层过程中，对上面板1会产生压力F从而传递给上肋板4，或直接接触到上肋板4时对上肋板4产生压力F，由于上肋板4与芯材3之间的接触存在斜向夹角α，且可能由于上肋板4与芯材3之间受到的剪力过大使上肋板4与芯材3产生相对滑动；为克服此现象需在上肋板4与芯材3之间产生自锁现象。

上肋板4与芯材3之间的接触成一定夹角α，当上肋板4受到竖向压力F作用时，由于力的互相作用，上肋板4会对芯材3产生压力F2以及摩擦力f，竖向压力F的分力F1沿芯材3的滑坡α角度方向，若要使的上肋板4在压力F下与芯材3不发生滑动，即产生自锁现象，则

F1＝f (1)

假设肋板与芯材之间的摩擦系数为μ，则

F1＝F×sinα (2)

F2＝F×cosα (3)

f＝μ×F×cosα (4)

由上式(1)、(2)、(3)、(4)可得

α＝tan^-1μ

当上肋板4的倾斜角度α低于上肋板4与芯材3之间摩擦系数的反正切值时，上肋板4与芯材3之间会发生自锁现象；此时夹层板加工时，便解决了有些芯材材料与肋板材料无法粘结牢固的问题。因此本发明的芯材3与上肋板4之间的摩擦系数为μ，上肋板4与上面板1之间的斜向夹角α小于tan^-1μ；芯材3与下肋板5之间的摩擦系数为μ＇，所述下肋板5与下面板2之间的斜向夹角β小于tan^-1μ＇。

本发明的芯材3是为了使弹体在夹层板运动过程中能有效的吸收弹体能量，并与上、下面板以及上、下肋板牢固连接成整体。本发明芯材3可选用聚氨酯、尼龙等低价高性能的高分子粘弹性材料；同时也可根据芯材所需实现的不同性能如抗燃、减振、降噪等来选择芯材3。

本发明中斜向夹角α和斜向夹角β的角度相同，当斜向夹角α和斜向夹角β选择小于tan^-1μ，在使用过程中将斜向夹角α一侧的上面板1作为外侧面，将斜向夹角β一侧的下面板2作为内侧板；即可实现在防止夹层板分层的基础上最大化的提高夹层板的抗侵彻性能；当斜向夹角β选择小于tan^-1μ＇，在使用过程中将斜向夹角α一侧的上面板1作为内侧面，将斜向夹角β一侧的下面板2作为外侧板，亦可实现在防止夹层板分层的基础上最大化的提高夹层板的抗侵彻性能。以上、下肋板和上、下面板为A3钢，芯材为尼龙为例，将一侧肋板夹角设为20°；在应用中将20°肋板一侧作为外侧面，即可以防止夹层板分层同时可以提高抗侵彻性能。

当斜向夹角α和斜向夹角β的角度相同时，优选的上肋板4和下肋板5的倾斜方向相互平行或者上肋板4和下肋板5的倾斜方向相交，均可达到改变弹体路径的效果，上、下肋板与芯材3一同可将上、下肋板受到的力传递到上、下面板使上、下面板发生二次变形。本发明的上、下肋板是使得弹体速度产生转角和抵抗弹体的侵彻，并牵连上、下面板产生二次变形以实现耗能；为使的弹体偏转效果好，可使用高强度材料，可选用材料包括钢板，镁合金，陶瓷，玻璃钢等材料中的一种或多种。

本发明的上、下面板优选为方形结构面板，其中优选的若干个上肋板4只沿上面板1第一直边方向排列布置，且上肋板4的延伸方向与上面板1的第二直边相平行，两直边相互垂直；若干个下肋板5只沿下面板2的第一直边方向排列布置，且下肋板5的延伸方向与下面板2的第二直边相平行，且两直边相互垂直。如图29所示，本发明上、下肋板的延伸方向与上、下面板直边非平行时，肋板在子弹侵彻过程中主要起提高抗侵彻性能以及改变子弹运动方向的作用，肋板与面板直边是否平行布置都不会影响其两方面的作用，而肋板与芯材两者之间的自锁现象只与摩擦系数和肋板的倾斜角度有关，同样与肋板走向无关。因此肋板的走向并不会增加夹层板的性能，而当肋板走向与面板直边非平行时，加工过程中需要注意肋板长短不同、浇注芯材能否填充满等问题；因此肋板与面板的一直边平行时即为最优布置方式。

如图30所示，本发明上肋板的延伸方向与上面板直边夹角为45°，下肋板的延伸方向与下面板直边夹角为45°，上、下肋板在空间上形成交叉。如图31所示，本发明上肋板的延伸方向与上面板直边平行时，下肋板的延伸方向与下面板直边夹角为45°时，上、下肋板在空间上形成交叉。当本发明肋板的延伸方向与面板直边平行时，子弹侵彻夹层板时上肋板在接触子弹时将给子弹一个垂直于上肋板的反向作用力，子弹在侵彻下肋板时同样受到一个垂直于下肋板的反向作用力，其它力并不会使子弹运动轨迹发生偏转，同时这两个力的方向在同一平面内，致使子弹将在平面方向上变向运动。当本发明肋板的延伸方向与面板直边非平行时，子弹侵彻夹层板时肋板同样会给子弹一个垂直于肋板的反向作用力，但由于这两个力的方向并不在同一平面将使子弹在空间上做变向运动，使子弹击穿夹层板时飞行方向在一定情况下更加易于控制。

其中上肋板4还可以包括纵横相交的横向上肋板和纵向上肋板，即若干个横向上肋板沿上面板1的第一直边方向排列布置，若干个纵向上肋板沿上面板1的第二直边方向排列布置，其中其横向上肋板的延伸方向与上面板1的第二直边相平行，纵向上肋板的延伸方向与上面板1的第一直边相平行，如图28所示。

其中下肋板5包括纵横相交的横向下肋板和纵向下肋板，即若干个横向下肋板沿下面板2的第一直边方向排列布置，若干个纵向下肋板沿下面板2的第二直边方向排列布置，其中其横向下肋板的延伸方向与下面板2的第二直边相平行，纵向下肋板的延伸方向与下面板2的第一直边相平行。

本发明中肋板双向布置夹层板与肋板单向布置夹层板抗侵彻性能对比：(1)肋板双向布置夹层板加工难度更大，相同尺寸条件下密度更大；(2)、只有当弹体直接接触肋板双向交叉部分才能充分利用肋板双向布置的优势，但是由于弹体与肋板的尺寸决定了弹体与肋板双向交叉部分相接触的概率不大，因此不能以最强处体现整体夹层板的抗侵彻性能；(3)肋板双向布置即使会使夹层板肋板间的连接加强，但由于本发明中采用自锁与浇注多重方式使肋板固定，且高速侵彻下抗弹性能与肋板材料密切相关，而与连接方式影响不大，因此增加一倍的肋板重量不会对整体夹层板的抗弹性能有明显改善。综上所述肋板单向布置夹层板的性能优于肋板双向布置夹层板，肋板双向布置夹层板的性能优于现有普通夹层板。

当本发明夹层板的上、下面板和上、下肋板选用不可焊接材料，如玻璃钢，芯材选用可熔材料时，如尼龙；将上、下肋板插入第二专用模具内，其中第二专用夹具包括一面开口盒状结构的模具主体和与该模具主体相适配的模具盖板，该模具主体和模具盖板上分别开设有相对应的用于插入肋板的上、下两排槽口，该上、下槽口可相互平行或相交，所述模具主体和模具盖板之间可拆卸连接，第二专用模具的材质可选用聚四氟乙烯；将可熔材料熔化后浇注至第二专用模具内，待冷却后将面板与浇注完成的芯体胶接形成夹层板。其中模具主体如图15～图17所示，模具盖板如图18～图20所示。

如图21所示，当本发明夹层板的上、下面板和上、下肋板选用可焊接材料，如钢材，芯材选用可熔材料时，如尼龙；其上、下面板和上、下肋板之间通过焊接固定，将焊接有肋板的上、下面板固定在第一专用夹具内，上下面板之间放置若干个用于控制上、下面板距离的立柱；其中第一专用夹具为一面开口的盒状结构，该盒状结构的5个面板之间可拆卸连接；将可熔材料熔化后浇注至上、下面板之间，待冷却后即加工完毕。

本发明夹层板作为船舶建筑板材时与船舶钢板的连接方式，可以采取与船舶钢板直接焊接的方法。当夹层板的面板较薄，焊接不足以提供足够的强度或采用非金属面板时，夹层板与船体的连接方式可采用连接构件，如图21、22所示。如图21所示，连接构件为一横截面为凹槽的槽型构件，如图22所示，连接构件为一横截面为工字型的工字构件。上述连接构件采用高强度钢，可直接与船舶钢板焊接。由夹层板的厚度和所需满足的结构强度决定连接构件凹槽宽度和板厚。

如图23所示，相邻夹层板7的中间通过工字构件9相互连接，在夹层板7插入工字构件9的凹槽内之间预先在凹槽内涂胶，胶可防止夹层板7松动并保持水密性；夹层板7的周边插入槽型构件8内，亦在槽型构件的在凹槽内涂胶；最后将槽型构件8和工字构件9与船舶钢板相焊接固定。

如图24所示，相邻夹层板7的对接处先用胶进行粘接，再用高强度钢板10遮盖对接处然后用铆接或螺栓与上下面板连接；夹层板7的周边插入槽型构件8内，亦在槽型构件8的在凹槽内涂胶；最后将高强度钢板10、槽型构件8与船舶钢板相焊接固定。

如图25和图26所示，本发明夹层板可代替传统船舶上层建筑的钢板，将大幅度提高船舶上层建筑的抗侵彻性能，即使弹体穿过夹层板，由于肋板的存在使弹体路径发生改变可以有力的保护船内人员和重要物品的安全。如图25、26、27所示，本发明夹层板代替传统船舶上层建筑的钢板，将使船舶自重得到降低，船舶自重的降低将使船舶的装载能力得到提升，提高船舶运输效率。

实施例1

如图8所示，实施例1中带斜向肋板的双侧防分层夹层板包括上面板1、下面板2、芯材3、上肋板4和下肋板5。其中若干个上肋板4间隔斜向平行设置于上面板1的内侧上，若干个下肋板5间隔斜向平行设置于下面板2的内侧上，上肋板4和上面板1的连接方式以及下肋板5和上面板2的连接方式为焊接。芯材3采用浇注的方式，进入上、下面板与上、下肋板之间的空隙内，使得夹层板的各组成结构结合形成一体。

其中上面板1和下面板2均选用A3钢板，本发明中芯材3选用尼龙材料，本发明中上肋板4和下肋板5也均选用A3钢板。斜向夹角α和斜向夹角β的角度可以相同，且上肋板4和下肋板5的倾斜方向相互平行。本实施例1中夹层板尺寸为12cm×12cm×3.4cm，其中上、下面板和上、下肋板厚度均为0.2cm。

实施例1的上、下面板为方形结构面板，其中若干个上肋板4只沿上面板1第一直边方向排列布置，且上肋板4的延伸方向与上面板1的第二直边相平行，两直边相互垂直；若干个下肋板5只沿下面板2的第一直边方向排列布置，且下肋板5的延伸方向与下面板2的第二直边相平行，且两直边相互垂直。

在长宽尺寸一致、通过改变厚度而使得钢板与普通无肋板夹层板和实施例1中夹层板质量一样的情况下，普通无肋板夹层板尺寸为12cm×12cm×3.8cm，其上、下面板厚度0.4cm，上下、面板选用A3钢板；钢板尺寸为12cm×12cm×1.27cm，同样选用A3钢板。使用直径8.08mm的弹丸以1000m/s的初速度分别侵彻钢板、普通无肋板夹层板和实施例1的夹层板这三个靶板，贯穿三靶板后弹丸的剩余速度分别为587m/s、400m/s、262m/s；从剩余速度上可知，本实施例1中夹层板的抗侵彻性能明显优于普通无肋板夹层板与钢板，用于外挂装甲时，本发明的夹层板将使装甲防护能力得到提升。

实施例1中钢-尼龙夹层板应用于装甲防护时与传统陶瓷装甲和“凯夫拉”装甲比较，制作简单、成本低，钢-尼龙夹层板可采用市场上广泛应用的材料且制备工艺简单。钢-尼龙夹层板用作防护时可直接焊接于防护部位，或通过连接构件，如工字构件和槽型构件与船体相固定连接，维护和拆卸时可取下一侧连接构件将夹层板直接从连接构件的凹槽内抽出，便于安装和维护。

实施例2

如图3所示，实施例2中带斜向肋板的双侧防分层夹层板包括上面板1、下面板2、芯材3、上肋板4和下肋板5。其中若干个上肋板4间隔斜向平行设置于上面板1的内侧上，若干个下肋板5间隔斜向平行设置于下面板2的内侧上，上肋板4和上面板1的连接方式以及下肋板5和上面板2的连接方式为浇注。芯材3采用浇注的方式，进入上、下面板与上、下肋板之间的空隙内，使得夹层板的各组成结构结合形成一体。

其中上面板1和下面板2均选用A3钢板，本发明中芯材3选用尼龙材料，本发明中上肋板4和下肋板5也均选用A3钢板。上肋板4和下肋板5的倾斜方向相交。

本实施例2中弹体6以800m/s的速度垂直侵彻夹层板，夹层板的尺寸如下：上面板1和下面板2的厚度均为1.0mm，上肋板4和下肋板5的厚度为2mm，相邻两肋板间距为15mm，肋板高度为10mm，芯材3厚度为30mm，整体夹层板的的尺寸长宽为200mm×200mm。

如图4、5、6、7是弹体垂直高速侵彻夹层板的过程。如图4、5所示，弹体6垂直高速打进夹层板，与上面板1接触，由于弹体6的冲击，上面板1被穿透，但是弹体6的速度开始减小，由于弹体6的材料强度与硬度远大于上面板1，所以弹体6变形极小；随后弹体6与上肋板4接触，在接触之前弹体处于垂直状态，由于上肋板4的倾斜角度，弹体6对上肋板4的侵彻属于斜侵彻，所以弹体6运动状态开始转变并发生顺时针转动，且弹体6开始产生横向速度，并发生横向位移；如此在芯材3阻碍弹体6运动过程中，芯材3与弹体6的接触面增大，路径也增大，左右两侧的芯材便可以多消耗更多的能量；弹体6对上肋板4的侵彻过程中，由于上肋板4与上面板1的挤压作用，上肋板4在弹体6的侵彻变形下，会挤压上面板1的产生二次变形，充分的利用上面板1的二次变形对弹体能量进行再次耗损，使得夹层板最大化的提高其抗侵彻性能。

如图6、图7所示，弹体6在穿过上肋板4后，增长在芯材3中的路径，在穿透芯材3并与芯材3摩擦后耗能后，弹体6接触了下肋板5；由于弹体6对芯材3的冲击压缩，会使得芯材3挤压下肋板5，下肋板5与弹体6接触之前就开始弯曲并消耗弹体6的能量，且随着下肋板5的弯曲，下面板2也会收到挤压的作用开始产生抵抗变形应力；当弹体6穿过下肋板5后，弹体6在与下肋板5的碰撞中偏转角度也会发生转变，此时弹体6的速度会大大的降低，然后运动至零，或弹体6反弹至速度为零，最终弹体6停留在夹层板内，从而夹层板起到保护结构的作用。

实施例3

本实施例3中夹层板包括上面板1、下面板2、芯材3、上肋板4和下肋板5。其中若干个上肋板4间隔斜向平行设置于上面板1的内侧上，若干个下肋板5间隔斜向平行设置于下面板2的内侧上，上肋板4和上面板1的连接方式以及下肋板5和上面板2的连接方式为浇注。芯材3采用浇注的方式，进入上、下面板与上、下肋板之间的空隙内，使得夹层板的各组成结构结合形成一体。

本实施例3中夹层板的尺寸如下：上面板1和下面板2的厚度均为1.0mm，上肋板4和下肋板5厚度为2mm，相邻两肋板间距为15mm，肋板高度为10mm，上肋板4和下肋板5的倾斜方向相互平行；芯材3厚度为30mm，整体夹层板的的尺寸长×宽为200mm×200mm，如图14所示；本实施例3中夹层板面板板与肋板均采用A3钢板，芯材选用尼龙材料。

如图9、10、11、12所示为弹体垂直高速侵彻夹层板的过程，如图9、10所示，弹体6垂直高速打进夹层板，与上面板1接触，由于弹体6的冲击，上面板1被穿透，但是弹体6的速度开始减小，由于弹体6的材料强度与硬度远大于上面板1，所以弹体6变形极小；随后弹体6与上肋板4接触，在接触之前弹体处于垂直状态，由于上肋板4的倾斜角度，弹体6对上肋板4的侵彻属于斜侵彻，所以弹体6运动状态开始转变并发生顺时针转动，且弹体6开始产生横向速度，并发生横向位移；如此在芯材3阻碍弹体6运动过程中，芯材3与弹体6的接触面增大，路径也增大，左右两侧的芯材便可以多消耗更多的能量；弹体6对上肋板4的侵彻过程中，由于上肋板4与上面板1的挤压作用，上肋板4在弹体6的侵彻变形下，会挤压上面板1的产生二次变形，充分的利用上面板1的二次变形对弹体能量进行再次耗损，使得夹层板最大化的提高其抗侵彻性能。

如图11所示，弹体6在穿过上肋板4后，增长了其在芯材3中的路径，在穿透芯材3并与芯材3摩擦耗能后，弹体6接触了下肋板5；由于下肋板5与上肋板4相互平行，所以弹体6在撞击下肋板5时的攻角比较大，出现了“跳弹”现象，如图11所示；并由于芯材3的阻碍，弹体6会加大偏转角度，且速度会大大的降低；或弹体6反弹至速度为零，最终弹体停留在夹层板内。本实施例中弹体的垂直速度得到了控制，即使在速度极大的情况下，剩余垂直速度也会很小，从而夹层板起到保护结构的作用。

如图13所示，为弹体6以800m/s的速度垂直侵彻夹层板数值计算的速度时程曲线图，其中横坐标单位为微秒us，纵坐标为cm。弹体6速度在时间80us时减至0，随后由于芯材3的作用使得弹体速度反弹。

实施例4

实施例4中进行夹层板与钢板在相同质量下进行静态仿真对比试验，本实施例4中夹层板尺寸1000mm×1000mm×30mm，上、下面板均采用玻璃钢，厚度为2mm；上、下肋板厚度为1mm，长度为6mm，上、下肋板数量40根；芯体采用尼龙，厚度为26mm。面板和肋板均采用胶接方式。钢板采用A3钢板，尺寸为1000mm×1000mm×5.03mm。

在实施例4的夹层板和钢板上表面分别施加50KN压力，夹层板和钢板的变形分别为8.35mm和25.4mm。通过数值计算可以直观了解即使玻璃钢纤维方向上的弹性模量为28.7GPa与钢板209GPa相差7.3倍，相同质量下夹层板相对应钢板仍拥有更强的刚度。通过静态仿真实验得到实施例4中夹层板在50KN压力下最大变形量为8.35mm，在相同变量的情况下根据数值计算钢板的厚度为7.1mm时钢板的变形量与实施例4中夹层板相同，在相同变形量的情况下实施例4中夹层板重量40.07kg，钢板重量55.59kg，即相同变形的情况下实施例4中重量仅为钢板的0.72倍。

实施例5

实施例5的结构与实施例1的结构相同，区别之处在于：上、下肋板的材质选用陶瓷。陶瓷作为装甲材料拥有极强的抗侵彻性能，但由于陶瓷为脆性材料，当子弹侵彻陶瓷片时，陶瓷片会通过碎裂和飞溅来消耗部分动能，由于陶瓷片的碎裂和飞溅会使陶瓷装甲失去再次抵抗子弹侵彻的性能。而本发明中利用模具将陶瓷片与尼龙芯材浇注到一起，上下面板采用钢板制作成夹层板。当弹体第一次侵彻夹层板时，脆性的陶瓷片通过断裂来消耗子弹动能，但由于芯材包裹住断裂的陶瓷片，使其不能飞溅出夹层板外部，飞溅的动能将被芯材消耗掉。当子弹再次侵彻相同位置或及其接近的位置时，即使陶瓷片已碎裂但由于芯材的限制子弹依旧要先穿过已经碎裂的陶瓷片，虽然断裂的陶瓷片抗侵彻性能会降低，但依旧能提供多次子弹攻击。本发明夹层板将解决现有陶瓷装甲无法多次抗打击的缺陷。同样将肋板替换成其它脆性高强材料时也将使其拥有多次使用能力。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中间”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (14)

1.一种带斜向肋板的双侧防分层夹层板，其特征在于：包括上面板(1)、下面板(2)以及填充在上、下面板之间的芯材(3)，其中所述上面板(1)的内侧均布有若干个斜向设置的上肋板(4)，所述下面板(2)的内侧均布有若干个斜向设置的下肋板(5)；其中所述芯材(3)与上肋板(4)之间的摩擦系数为μ，该上肋板(4)与上面板(1)之间的斜向夹角小于tan^-1μ，且所述芯材(3)与下肋板(5)之间的摩擦系数为μ＇，该下肋板(5)与下面板(2)之间的斜向夹角小于tan^-1μ＇。

2.根据权利要求1所述的带斜向肋板的双侧防分层夹层板，其特征在于：所述上肋板(4)与上面板(1)之间的斜向夹角大于15°。

3.根据权利要求1所述的带斜向肋板的双侧防分层夹层板，其特征在于：所述下肋板(5)与下面板(2)之间的斜向夹角大于15°。

4.根据权利要求1所述的带斜向肋板的双侧防分层夹层板，其特征在于：所述上肋板(4)和下肋板(5)的倾斜方向相互平行。

5.根据权利要求1所述的带斜向肋板的双侧防分层夹层板，其特征在于：所述上肋板(4)和下肋板(5)的倾斜方向相交。

6.根据权利要求1所述的带斜向肋板的双侧防分层夹层板，其特征在于：所述上肋板(4)的延伸方向与上面板(1)的一直边相平行。

7.根据权利要求1所述的带斜向肋板的双侧防分层夹层板，其特征在于：所述上面板(1)为方形结构面板，所述上肋板(4)包括纵横相交的横向上肋板和纵向上肋板，其中所述横向上肋板的延伸方向与上面板(1)的一对直边相平行，纵向上肋板的延伸方向与上面板(1)的另一对直边相平行。

8.根据权利要求1所述的带斜向肋板的双侧防分层夹层板，其特征在于：所述下肋板(5)的延伸方向与下面板(2)的一直边相平行。

9.根据权利要求1所述的带斜向肋板的双侧防分层夹层板，其特征在于：所述下面板(2)为方形结构面板，所述下肋板(5)包括纵横相交的横向下肋板和纵向下肋板，其中所述横向下肋板的延伸方向与下面板(2)的一对直边相平行，纵向下肋板的延伸方向与下面板(2)的另一对直边相平行。

10.一种根据权利要求1至9任一所述的带斜向肋板的双侧防分层夹层板的应用，其特征在于：采用带斜向肋板的双侧防分层夹层板制造装甲设备的外部防护层，其中上面板和下面板均可作为外侧面。

11.一种根据权利要求10所述的带斜向肋板的双侧防分层夹层板与装甲设备的连接方式，其特征在于：所述夹层板通过横截面为U型结构的槽型构件与装甲设备相连接，在槽型构件的凹槽内涂胶，并将夹层板插入凹槽内固定，最后将槽型构件与装甲设备焊接固定。

12.一种根据权利要求10所述的带斜向肋板的双侧防分层夹层板与装甲设备的连接方式，其特征在于：所述夹层板通过横截面为工字型结构的工字构件与装甲设备相连接，在工字构件的凹槽内涂胶，并将夹层板插入凹槽内固定，最后将工字构件与装甲设备焊接固定。

13.一种根据权利要求1至9任一所述的带斜向肋板的双侧防分层夹层板的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：所述夹层板的上、下面板和上、下肋板选用可焊接材料，芯材选用可熔材料；夹层板的上、下面板和上、下肋板之间通过焊接固定，将焊接有肋板的上、下面板固定在第一专用夹具内，上下面板之间放置若干个用于控制上、下面板距离的立柱；其中第一专用夹具为一面开口的盒状结构，该盒状结构的各个面板之间可拆卸连接；将可熔材料熔化后浇注至上、下面板之间，待冷却后即加工完毕。

14.一种根据权利要求1至9任一所述的带斜向肋板的双侧防分层夹层板的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：所述夹层板的上、下面板和上、下肋板选用不可焊接材料，芯材选用可熔材料；将上、下肋板插入第二专用模具内，其中第二专用夹具包括一面开口盒状结构的模具主体和与该模具主体相适配的模具盖板，该模具主体和模具盖板上分别开设有相对应的用于插入肋板的上、下两排槽口，该上、下槽口可相互平行或相交，所述模具主体和模具盖板之间可拆卸连接；将可熔材料熔化后浇注至第二专用模具内，待冷却后将面板与浇注完成的芯体胶接形成夹层板。