CN113074582A - 一种轻质复合微结构防弹装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种轻质复合微结构防弹装置，复合微结构导向板包括片层，每层片层包括若干组代表性微元胞；代表性微元胞包括侧边内凹体、侧三角体和顶三角体，侧边内凹体的正上方固定设置顶三角体，斜上方固定设置侧三角体，形成代表性微元胞，相邻的两组代表性微元胞呈阵列排布，并相对固定形成片层，此种复合微结构具有负泊松比特性，当受到子弹冲击被压缩时，在片层的延伸方向上发生收缩变形，结构材料会朝向冲击部位收缩，由于收缩程度不同，在不同的位置方向上产生不同的力，子弹向孔隙处不规则偏移，改变子弹的行进方向，抵消子弹的冲击力，实现良好的防弹效果。本发明中的代表性微元胞是空心的框架结构，因此，孔隙率更大，密度更小，更轻便。

Description

一种轻质复合微结构防弹装置
技术领域
本发明涉及防弹技术领域，更进一步涉及一种轻质复合微结构防弹装置。
背景技术
防弹衣是军事领域的必需品，能在关键时刻保护作战人员。随着科技水平的提高和武器制造业的飞速发展，军事等领域对防弹衣的要求越来越高，防弹衣品质的高低与作战时的安全性密切相关。
现有技术采用钢丝网、钢板等重质量材料用于防弹，使防弹衣重量加大，作战人员负重增加，不适合便携式穿戴；现有技术利用钢丝网、弹簧、双层网状结构对子弹的冲击进行三次减速，所设计的减速结构简单，减速效果不强。
对于本领域的技术人员来说，如何提供一种更加轻便、更能防冲击的防弹结构，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种轻质复合微结构防弹装置，设置代表性微元胞阵列排布复合形成的片层，利用负泊松比微结构在受到子弹冲击时所产生的“压缩-收缩”的特殊变形模式，可有效实现减速和防弹效果，且结构轻便，具体方案如下：
一种轻质复合微结构防弹装置，包括复合微结构导向板，所述复合微结构导向板包括至少一层片层，每层片层包括若干组代表性微元胞，所述代表性微元胞包括侧边内凹体、侧三角体和顶三角体；
所述侧边内凹体包括两个相互垂直交叉的内凹多边形，每个内凹多边形包括三个外凸的顶角和两条内凹的侧边，两个所述侧边内凹体当中两条内凹的侧边形成的顶角交汇于一点；所述侧三角体和所述顶三角体分别包括两个相互垂直交叉的三角形，两个三角形的其中一个顶角交汇于一点；
所述侧边内凹体交汇的顶角固定于所述顶三角体的底边交叉点；所述侧三角体未交汇的其中一个顶角固定于所述侧边内凹体其中一条内凹的侧边，所述顶三角体未交汇的其中一个顶角固定于所述侧三角体的其中一条侧边；
相邻的两组所述代表性微元胞呈阵列排布，并相对固定形成片层。
可选地，构成所述复合微结构导向板的片层至少具有两种孔隙率的所述代表性微元胞；靠近外侧的片层的孔隙率更大。
可选地，所述侧三角体和所述顶三角体由两个等边三角形或等腰三角形垂直交叉构成；
构成所述侧边内凹体的内凹多边形为轴对称结构，两条内凹的侧边关于对称轴对称分布。
可选地，内外相邻的两个片层中，靠外片层的每个所述侧三角体的对称轴与靠内片层的相应所述侧三角体的对称轴共线设置。
可选地，所述侧边内凹体的每个内凹多边形由两条内凹的侧边和一条平直的底边构成。
可选地，所述侧边内凹体的内凹侧边由两条呈钝角的直杆构成；所述侧三角体固定在内凹点上。
可选地，所述侧边内凹体的每个内凹多边形当中相互交汇的顶角的角度为45～90度。
可选地，还包括鱼鳞排布层，与所述复合微结构导向板并排布置；所述鱼鳞排布层包括若干鱼鳞片，所述鱼鳞片的外表面为弧形面，相邻的所述鱼鳞片具有重叠部分，呈阵列排布构成所述鱼鳞排布层。
可选地，所述鱼鳞片由外表面涂装Line-X材料的非氧化物复合物陶瓷制成；所述鱼鳞排布层位于两层所述复合微结构导向板之间。
可选地，还包括缓冲层，所述缓冲层包括两层空心球片层，每层所述空心球片层包括柔性的大球和柔性的小球，所述大球和所述小球由保持框架定位，所述小球位于所述大球的间隙中。
可选地，所述复合微结构导向板、所述鱼鳞排布层、所述缓冲层的两侧面分别设置凯夫拉面层；
最外侧的所述凯夫拉面层的外侧覆盖设置防火层，最内侧的所述凯夫拉面层的内侧覆盖设置棉层。
本发明提供一种轻质复合微结构防弹装置，包括复合微结构导向板，复合微结构导向板包括至少一层片层，每层片层进一步包括若干组代表性微元胞，也即由代表性微元胞共同组成整个复合微结构导向板；代表性微元胞包括侧边内凹体、侧三角体和顶三角体，三者都是空间立体框架结构，侧边内凹体的正上方固定设置顶三角体，斜上方固定设置侧三角体，以此形成代表性微元胞，相邻的两组代表性微元胞呈阵列排布，并相对固定形成片层，此种复合微结构具有负泊松比特性，当受到子弹冲击被压缩时，在片层的延伸方向上发生收缩变形，复合微结构材料会朝向冲击部位收缩，由于收缩程度不同，在不同的位置方向上产生不同的力，子弹向孔隙处不规则偏移，进而改变子弹的行进方向，抵消子弹的冲击力，实现良好的防弹效果。本发明中的代表性微元胞是空心的框架结构，因此，孔隙率更大，密度更小，更轻便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为复合微结构导向板其中一个片层的局部结构示意图；
图1B为一个代表性微元胞三维示意图；
图2A为三层片层构成的复合微结构导向板的XOY平面示意图；
图2B为代表性微元胞XOY平面示意图；
图3为子弹冲击复合微结构导向板的受力情况示意图；
图4为复合微结构导向板含有三种不同微元胞尺寸的代表性微元胞XOY平面示意图；
图5A为鱼鳞排布层的正视结构示意图；
图5B和图5C分别为其中一片鱼鳞片的正视图和侧视图；
图5D为鱼鳞片受到子弹冲击的受力示意图；
图6为本发明提供的轻质复合微结构防弹装置各层结构的整体爆炸图；
图7A为缓冲层的轴测示意图；
图7B为缓冲层的局部结构放大图；
图7C为缓冲层的剖视图；
图8A为本发明的复合微结构导向板在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在40m/s冲击速度下的变形模式图；
图8B为本发明的复合微结构导向板在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在40m/s冲击速度下的比吸能曲线图；
图8C为本发明的复合微结构导向板在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在40m/s冲击速度下的应力-应变曲线图；
图9A为本发明的复合微结构导向板在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在60m/s冲击速度下的变形模式图；
图9B为本发明的复合微结构导向板在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在60m/s冲击速度下的比吸能-时间变化规律图；
图9C为本发明的复合微结构导向板在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在60m/s冲击速度下的及应力-应变变化规律图；
图10A为本发明的复合微结构导向板在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在90m/s冲击速度下的变形模式图；
图10B为本发明的复合微结构导向板在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在90m/s冲击速度下的比吸能-时间变化规律图；
图10C为本发明的复合微结构导向板在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在90m/s冲击速度下的应力-应变变化规律图。
图中包括：
复合微结构导向板1、侧边内凹体11、侧三角体12、顶三角体13、鱼鳞排布层2、鱼鳞片21、缓冲层3、大球31、小球32、保持框架33、凯夫拉面层4、防火层5、棉层6。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种轻质复合微结构防弹装置，设置代表性微元胞阵列排布复合形成的片层，利用其在受到子弹冲击时所产生的“压缩-收缩”负泊松比特性，有效实现减速和改变子弹轨迹，具有良好的防弹效果，且结构轻便。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的轻质复合微结构防弹装置进行详细的介绍说明。
如图1A所示，为复合微结构导向板1其中一个片层的局部结构示意图；图1B为一个代表性微元胞的三维示意图；本发明提供的轻质复合微结构防弹装置包括复合微结构导向板1，复合微结构导向板1包括至少一层片层，由一层片层、两层片层或三层以上的片层构成整个复合微结构导向板1，为了达到良好的防弹效果，通常需要设置多层片层。每层片层由若干组相同孔隙率的代表性微元胞构成，代表性微元胞在厚度方向的尺寸很小，由多层片层相互层层叠加形成具有一定厚度的复合微结构导向板1。
图2A为三层片层构成的复合微结构导向板1的局部XOY平面示意图，图2B为其中一个代表性微元胞的XOY平面示意图；每层片层包括若干组代表性微元胞，各组代表性微元胞呈阵列分布，相对固定。代表性微元胞在三维立体空间中是一种微型的框架结构，每个代表性微元胞包括侧边内凹体11、侧三角体12和顶三角体13。
侧边内凹体11包括两个呈立体交叉的内凹多边形，这里所指的内凹多边形并不完全指几何意义上的由直边构成的内凹多边形，还包括由曲边构成的封闭框架形状，如图1B所示，其中一个内凹多边形是由杆件构成的平面结构，不同的内凹多边形位于不同的平面，也即呈立体交叉，两个内凹多边形所在平面呈90度，相互垂直；每个内凹多边形包括三个外凸的顶角和两条内凹的侧边，构成侧边内凹体11的内凹多边形近似于三角形，但其至少有两条侧边不是平直的线段。
构成侧边内凹体11的两个内凹多边形当中的一个顶角交汇于一点，也即两条内凹的侧边所形成的顶角相互交汇；两个内凹多边形中另一条侧边相互交叉并相对固定，交叉点与顶角作为两个侧边内凹体11的固定连接点。
侧三角体12和顶三角体13采用相同的结构，两者分别包括两个立体交叉的三角形，三角形的其中一个顶角交汇于一点，两个三角形分别位于两个平面中，两个三角形所在的平面并不平行，立体交叉的夹角为90度，也即垂直交叉；两个三角形的其中一个顶角交汇固定，与此顶角相对的侧边相互交叉并在交点处固定，侧三角体12和顶三角体13各自所包含的两个三角形具有两个固定点。
如图1B所示，侧边内凹体11交汇的顶角固定于顶三角体13的底边交叉点；侧三角体12未交汇的其中一个顶角固定于侧边内凹体11其中一条内凹的侧边，顶三角体13未交汇的其中一个顶角固定于侧三角体12的其中一条侧边，可以固定在侧边中点；结合图2B所示，侧边内凹体11的位置最靠下，顶三角体13位于侧边内凹体11的正上方，侧三角体12位于侧边内凹体11的斜上方，三者分别在其中的外凸顶角处进行固定。
代表性微元胞呈阵列排布，结合图1A所示，在XOZ平面内重复排列设置若干组，相邻的代表性微元胞之间相对固定，呈阵列排布的若干组代表性微元胞形成片层，结合图1A所示，当各组代表性微元胞阵列排布固定后，一个侧边内凹体11对应连接一个顶三角体13，其周围布置四个侧三角体12，一个侧边内凹体11的四条内凹侧边上分别固定连接一个侧三角体12，这些侧三角体12既包括与该侧边内凹体11同属于一个代表性微元胞的侧三角体12，也包括属于其他代表性微元胞的侧三角体12。
结合图2A对阵列排布做进一步说明，图2A相当于图1A中XOY平面的示意图，图中虚线方框包围的结构表示一个代表性微元胞在XOY平面的截面图，在此简称二维微元胞；一个二维微元胞沿X轴方向平移复制四个，形成一行共五个二维微元胞，沿Y轴方向平移复制两个，形成一排共三个二维微元胞；复制平移后一个二维微元胞的右侧和下侧分别与另外两个二维微元胞固定连接，对于虚线方框内的二维微元胞来说，侧边内凹体11的底边与下侧二维微元胞的顶三角体13的顶角连接；侧边内凹体11的右侧边与右侧二维微元胞中的侧三角体12的左侧顶角相连接；顶三角体13的右侧顶角与右侧二维微元胞中的侧三角体12的左侧边相连接。图2A中共有15个二维微元胞。
同样地，沿垂直于XOY平面的YOZ平面也会形成与图2A相同的平面结构，在图2A中各条竖直虚线处分别垂直连接一个相应的平面结构，以此形成整个立体空间构造的复合微结构导向板1，沿Y轴方向形成多个片层。
本发明的轻质复合微结构防弹装置包括复合微结构导向板1，结合图2A所示，顶角朝向的上方朝向外侧，子弹沿箭头所示的方向向下冲击复合微结构导向板1，由于设置了侧边内凹体11，具有内凹设置的侧边，当受到竖直Y轴方向的压缩时，侧边内凹体11的内凹侧边被向内压缩，水平X轴方向同时收缩，该结构具有负泊松比特性。
正泊松比是指受拉伸时，微结构材料在弹性范围内横向发生膨胀；负泊松比是受压缩时，材料的横向发生收缩。一般来说，正泊松比微结构呈现“压缩-膨胀、拉伸-收缩”的特点，而负泊松比微结构则相反，呈现“压缩-收缩、拉伸-膨胀”的特点。
当子弹射入冲击复合微结构导向板1时，整体结构材料会朝子弹冲击位置聚集，使得其抵抗冲击的能力得到进一步强化，防弹性能得到大幅度提升。负泊松比微结构内部所充满的桁架结构和冲击过程中整体结构所呈现的“压缩-收缩”聚集收拢特点，都会有效阻挡子弹的前进和改变其运动方向，成为降低其冲击速度的一道有效屏障。
如图3所示，为子弹冲击复合微结构导向板1的受力情况示意图，其中A表示子弹；由于复合微结构导向板1具有“压缩-收缩”的负泊松比特性，当子弹以速度v从右向左入射冲击时，整体微结构材料会朝向冲击部位收缩，由于收缩程度不同，在不同的位置方向上产生不同的力，如产生倾斜朝向右侧的F1、F2、F3，因复合微结构导向板1内部含有大量孔隙，子弹向孔隙处不规则偏移，改变子弹运动路径，降低子弹的冲击动能。该复合微结构导向板1为空心的框架结构，因此密度相对较小，在轻便的同时保证了防弹的效果。
本发明提供的复合微结构导向板1可选用聚氨酯、聚丙烯等高分子聚合材料，也可由铝合金制成。
本发明中构成复合微结构导向板1的片层至少具有两种孔隙率的代表性微元胞，构成同一片层的代表性微元胞具有相同的孔隙率；孔隙率＝1-密度，孔隙率的大小与密度大小呈负相关的关系，表示复合微结构导向板1中代表性微元胞的分布紧密程度。如图4所示，为复合微结构导向板含有三种不同微元胞尺寸的代表性微元胞XOY平面示意图，靠上(靠外侧)的代表性微元胞的尺寸更大，其孔隙率更大，密度更小；上方朝向外侧，子弹沿箭头所示的方向从上向下冲击，其代表性微元胞尺寸从外侧向内侧逐渐减小。此排布的优势在于：当子弹经过靠外的大尺寸代表性微元胞时，动能下降多，可较大程度地降低其冲击速度。子弹继续冲击尺寸更小的代表性微元胞时动能没有初始时大，基于“合适的速度采用合理的结构”理念，越靠内侧的代表性微元胞的尺寸越小，密度越高，与接触子弹时子弹所具有的动能相匹配，使降低冲击能量和轻质的设计要求得到有机统一。
在此种结构中需要注意的是，具有相同尺寸代表性微元胞的片层分别设置多层，片层的数量或者整个复合微结构导向板1的厚度与防弹等级相适应。
如图1B所示，侧三角体12和顶三角体13由两个等边三角形或等腰三角形垂直交叉构成；相应地，构成侧边内凹体11的内凹多边形采用轴对称的结构，两条内凹的侧边关于对称轴对称分布，图1B中的对称轴沿Y轴方向，以保证各方向一致；侧边内凹体11由两个内凹多边形垂直交叉构成。在此优选的实施例中，构成侧三角体12和顶三角体13的两个三角形所在的平面相互垂直，构成侧边内凹体11的两个内凹多边形所在的平面相互垂直。
结合图4所示，由于不同片层之间具有相同或者不同的孔隙率，相邻的片层之间相对固定连接为一体，在内外相邻的两个片层中，靠外片层的每个侧三角体12的对称轴与靠内片层的相应侧三角体12的对称轴共线设置，从而确保相邻的不同孔隙率的两个片层之间受力均匀；图4中的虚线Ⅰ、Ⅱ分别表示各片层中的侧三角体12的对称轴，对于相邻的两层片层孔隙率相等的情况，代表性微元胞一一对应布置即可，例如图4中从上向下数的第1、2层、第3、4、5层等；对于相邻的两层之间孔隙率不同的情况，例如图4中的第2、3层，需要使第2层的侧三角体12与第3层的一个侧三角体12的对称轴共线，由于靠近内侧的孔隙率小、密度大，因此靠内片层的代表性微元胞的数量更多，靠内片层的各个侧三角体12并不都与靠外片层的某个侧三角体12的对称轴共线(如虚线Ⅰ并未对应第1、2片层当中的某个侧三角体12)，但靠外片层的每个侧三角体12的对称轴必然与靠内片层的某一个侧三角体12的对应轴共线(如虚线Ⅱ对应各个片层当中的侧三角体12)。
构成侧边内凹体11的每个内凹多边形由两条内凹的侧边和一条平直的底边构成；如图2B所示，侧边内凹体11的底边为直边。当受到冲击时，位于侧方的侧三角体12对内凹多边形内凹的侧边施加压缩使其侧边变形，在位于正上方的顶三角体13施加的竖向作用力的共同配合下使侧边内凹体11的两条侧边相互靠近，从而在横向方向上收缩。
更进一步，侧边内凹体11的内凹侧边由两条呈钝角的直杆构成，形成的钝角向内侧凹陷，侧三角体12固定在内凹点上，内凹点为向内凹陷程度最大的位置；构成内凹侧边的两个直杆尺寸相等，内凹点位于中点位置，侧三角体12固定在此内凹的顶角处，整个侧边内凹体11为五边形，具有三个外凸的顶角和两个内凹的顶角。除此之外，侧边内凹体11的内凹侧边还可以设置为向内凹陷的弧形。
具体地，构成侧边内凹体11的两个内凹多边形中，每个内凹多边形当中相互交汇的顶角的角度为45～90度；内凹多边形当中相互交汇的顶角也即图2B中夹角α。
在上述任一技术方案及其相互组合的基础上，本发明还包括鱼鳞排布层2，鱼鳞排布层2与复合微结构导向板1并排布置；如图5A所示，为鱼鳞排布层2的正视结构示意图；鱼鳞排布层2包括若干鱼鳞片21，如图5B和图5C所示，分别为其中一片鱼鳞片21的正视图和侧视图；鱼鳞片21的外形可以是圆形或椭圆形，也可以如图5B和图5C所示为异形，鱼鳞片21的外表面为弧形面，相邻的鱼鳞片21具有重叠部分，呈阵列排布构成鱼鳞排布层2，多个位于同一直线的鱼鳞片21构成一排，相邻两排鱼鳞片21相互交错形成重叠。
鱼鳞排布层2位于两层复合微结构导向板1之间；如图6所示，为本发明提供的轻质复合微结构防弹装置各层结构的整体爆炸图，图中箭头表面从外侧指向内侧；在此实施例中，共设置两层复合微结构导向板1，两者之间设置鱼鳞排布层2，鱼鳞片21由外表面涂装Line-X材料的非氧化物复合物陶瓷制成，其具有较高的硬度和韧性，可改变子弹的运动轨迹，使得其在分散受力的同时，阻挡子弹的前进。
两层复合微结构导向板1的各个片层的尺寸根据所需设定，可以相同也可以不同，出于成本考虑，靠外侧的复合微结构导向板1的厚度更小，其中的代表性微元胞的尺寸较大；靠内侧的复合微结构导向板1的厚度较大，其中的代表性微元胞采用尺寸变化的布置形式，例如图4所示的结构。
如图5D所示，为鱼鳞片21受到子弹冲击的受力示意图，图中A为子弹；子弹沿箭头所示向下运动，由于陶瓷较为坚硬，子弹一侧的弧面与陶瓷单体的弧面接触，子弹受到倾斜向上的力FN与子弹运动反方向不共线，使子弹具有偏移的趋势，又涂有Line-X材料的鱼鳞片21单体十分坚固不易被子弹击碎，在子弹撞击硬度与其相当的防弹陶瓷单体时，受到与运动反方向不重合的力，将会发生较大的偏移，使子弹轨迹发生变化，一般情况如子弹速度小的情况下，子弹将停止于鱼鳞排布层2。若子弹速度过大，子弹将穿破鱼鳞排布层2，进入更靠内侧的复合微结构导向板1。
本发明的轻质复合微结构防弹装置还包括缓冲层3，缓冲层3位于靠内侧的复合微结构导向板1靠近人体的一侧，如图7A所示，为缓冲层3的轴测示意图；图7B为缓冲层3的局部结构放大图；图7C为缓冲层3的剖视图；缓冲层3包括两层空心球片层，每层空心球片层包括柔性的大球31和柔性的小球32，大球31和小球32可采用空心结构以减轻重量；大球31和小球32由保持框架33定位，小球32位于大球31的间隙中。
保持框架33上设置用于卡接限位大球31和小球32的定位环，分别将大球31和小球32卡装到位，大球31的直径大于小球32的直径，小球32位于四个大球相互接触形成的间隙中。
空心球片层采用错位间隙补偿叠加排布，也即位于其中一层的大球卡入另一层的大球形成的间隙中，从而降低厚度，并提高两层空心球片层之间的稳定性；还可以提升对大球之间间隙位置的防弹效果。
空心小球有相对大小之分，同层之中，大球与大球紧密联系排布，大球间的空隙排布小球，使得一层之中，几乎不存在空隙，实现全平面防护；层与层之间，大球部分与小球部分叠加排布，使得层与层之间，几乎不存在空隙，实现全立体防护。
缓冲层3在抵御子弹冲击的同时缓冲前层的冲击，减小对人体的冲击力，同时由于小球的空心性质也达到轻质的效果。
具体地，各层结构之间设置间隔，复合微结构导向板1、鱼鳞排布层2、缓冲层3的两侧面分别设置凯夫拉面层4，通过凯夫拉面层4将微鱼鳞排布层2、缓冲层3和两个结构导向板1这四层结构之间形成间隔。凯夫拉英文名KEVLAR，材料原名“聚对苯二甲酰对苯二胺”。该新型材料密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，其强度为同等质量钢铁的5倍，但密度仅为钢铁的五分之一(Kevlar密度为每立方厘米1.44克，钢铁密度为每立方厘米7.859克)。
最外侧的凯夫拉面层4的外侧覆盖设置防火层5，以提升防火性能，最内侧的凯夫拉面层4的内侧覆盖设置棉层6，以提升与人体接触的舒适度。
本发明的轻质复合微结构防弹装置共设置四层主要起防弹作用的屏障，按照从外向内的顺序，第一层屏障为较薄的复合微结构导向板1，起到初步减速和缓冲作用，因此采用孔隙率较大的代表性微元胞构成；第二层屏障为鱼鳞排布层2，鱼鳞排布层2采用防弹陶瓷的鳞片制成，起第二级减速作用；第三层屏障为较厚的复合微结构导向板1，该层由孔隙率不同的多种规格的代表性微元胞构成，实现第三级减速，起主要的导向和减速作用；第四层屏障为空心小球层，起主要缓冲作用，同时也起到第四级减速作用。
本发明主要利用复合微结构导向板自身“压缩-收缩”的负泊松比特性，既能改变子弹的轨迹，也可实现良好的减速效果；由于该轻质复合微结构防弹装置综合使用微孔隙的复合微结构导向板1、陶瓷材料的鱼鳞排布层2、缓冲层3，可使防弹衣大幅减重，便于携带。
图8A为本发明的复合微结构导向板1在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在40m/s冲击速度下的变形模式图；图8B为本发明的复合微结构导向板1在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在40m/s冲击速度下的比吸能曲线图；图8C为本发明的复合微结构导向板1在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在40m/s冲击速度下的应力-应变曲线图。比吸能指结构单位质量所吸收的能量。
相较于传统六边形蜂窝，本发明的复合微结构在压缩过程中，其“压缩-收缩”负泊松比特性使整个结构越压越紧实，整体呈现“><”的变形模式，而六边形蜂窝呈现层层压溃的变形模式。参阅图8B，在40m/s冲击速度下，本发明的复合微结构与传统六边形蜂窝结构比吸能皆呈现上升趋势，且本发明的复合微结构的比吸能大于六边形蜂窝结构，这是由于本发明的复合微结构在进入密实区之前具有明显的平台应力增强区，如图中虚线圆圈所示。
参阅图8C，在40m/s压缩速度下，随着应变增加，本发明的复合微结构与六边形蜂窝结构应力皆呈现上升趋势，且同一应变下本发明复合微结构的应力大于六边形蜂窝结构，且本发明复合微结构具有明显的平台应力增强区，平台应力增强区的出现使得本发明复合微结构的比吸能高于传统六边形蜂窝，这与图8A中所得出的结论一致；以此说明：相较于传统六边形蜂窝，在冲击速度40m/s下，本发明复合微结构具有较高的平台应力且具有显著的平台应力增强区，吸能能力较高。
同理，图9A～图9C分别为本发明的复合微结构导向板在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在60m/s冲击速度下的变形模式、比吸能-时间变化规律以及应力-应变变化规律；图10A～图10C分别为本发明的复合微结构导向板在XOY平面的二维结构与六边形蜂窝结构在90m/s冲击速度下的变形模式、比吸能-时间变化规律以及应力-应变变化规律；得出本发明的复合微结构的比吸能高于传统六边形蜂窝，具有优越的碰撞吸能特性。
参阅图8B、图9B、图10B，由复合微结构与六边形蜂窝结构比吸能曲线图对比可以看出，在不同冲击速度，即40m/s，60m/s，90m/s的情况下，两种结构的比吸能曲线与水平时间轴之间的距离都呈增大趋势，但复合微结构在同一压缩时间下的比吸能高于六边形蜂窝结构，且增速明显大于六边形蜂窝结构，说明本发明的复合微结构的单位质量吸能特性明显强于传统六边形蜂窝结构，证明本发明的复合微结构具有极强的能量吸收特性。
参阅图8C、图9C、图10C，由复合微结构与六边形蜂窝结构的应力-应变曲线图可以看出，在不同速度，即40m/s，60m/s，90m/s的情况下，两种结构的应力-应变曲线图总趋势相同，但本发明复合微结构应力-应变曲线与水平应变轴的距离明显大于六边形蜂窝结构与水平应变轴的距离。这表明复合微结构的单位质量吸能量明显高于六边形蜂窝结构。是因为在同一速度情况下，复合微结构具有明显的平台应力增强区，在同一应变下，复合微结构应力值皆大于六边形蜂窝结构，证明本发明的复合微结构具有更优的力学性能。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种轻质复合微结构防弹装置，其特征在于，包括复合微结构导向板(1)，所述复合微结构导向板(1)包括至少一层片层，每层片层包括若干组代表性微元胞，所述代表性微元胞包括侧边内凹体(11)、侧三角体(12)和顶三角体(13)；
所述侧边内凹体(11)包括两个相互垂直交叉的内凹多边形，每个内凹多边形包括三个外凸的顶角和两条内凹的侧边，两个所述侧边内凹体(11)当中两条内凹的侧边形成的顶角交汇于一点；所述侧三角体(12)和所述顶三角体(13)分别包括两个相互垂直交叉的三角形，两个三角形的其中一个顶角交汇于一点；
所述侧边内凹体(11)交汇的顶角固定于所述顶三角体(13)的底边交叉点；所述侧三角体(12)未交汇的其中一个顶角固定于所述侧边内凹体(11)其中一条内凹的侧边，所述顶三角体(13)未交汇的其中一个顶角固定于所述侧三角体(12)的其中一条侧边；
相邻的两组所述代表性微元胞呈阵列排布，并相对固定形成片层。
2.根据权利要求1所述的轻质复合微结构防弹装置，其特征在于，构成所述复合微结构导向板(1)的片层至少具有两种孔隙率的所述代表性微元胞；靠近外侧的片层的孔隙率更大。
3.根据权利要求2所述的轻质复合微结构防弹装置，其特征在于，所述侧三角体(12)和所述顶三角体(13)由两个等边三角形或等腰三角形垂直交叉构成；
构成所述侧边内凹体(11)的内凹多边形为轴对称结构，两条内凹的侧边关于对称轴对称分布。
4.根据权利要求3所述的轻质复合微结构防弹装置，其特征在于，内外相邻的两个片层中，靠外片层的每个所述侧三角体(12)的对称轴与靠内片层的相应所述侧三角体(12)的对称轴共线设置。
5.根据权利要求4所述的轻质复合微结构防弹装置，其特征在于，所述侧边内凹体(11)的每个内凹多边形由两条内凹的侧边和一条平直的底边构成。
6.根据权利要求5所述的轻质复合微结构防弹装置，其特征在于，所述侧边内凹体(11)的内凹侧边由两条呈钝角的直杆构成；所述侧三角体(12)固定在内凹点上。
7.根据权利要求6所述的轻质复合微结构防弹装置，其特征在于，所述侧边内凹体(11)的每个内凹多边形当中相互交汇的顶角的角度为45～90度。
8.根据权利要求1至7任一项所述的轻质复合微结构防弹装置，其特征在于，还包括鱼鳞排布层(2)，与所述复合微结构导向板(1)并排布置；所述鱼鳞排布层(2)包括若干鱼鳞片(21)，所述鱼鳞片(21)的外表面为弧形面，相邻的所述鱼鳞片(21)具有重叠部分，呈阵列排布构成所述鱼鳞排布层(2)。
9.根据权利要求8所述的轻质复合微结构防弹装置，其特征在于，所述鱼鳞片(21)由外表面涂装Line-X材料的非氧化物复合物陶瓷制成；所述鱼鳞排布层(2)位于两层所述复合微结构导向板(1)之间。
10.根据权利要求8所述的轻质复合微结构防弹装置，其特征在于，还包括缓冲层(3)，所述缓冲层(3)包括两层空心球片层，每层所述空心球片层包括柔性的大球(31)和柔性的小球(32)，所述大球(31)和所述小球(32)由保持框架(33)定位，所述小球(32)位于所述大球(31)的间隙中。
11.根据权利要求10所述的轻质复合微结构防弹装置，其特征在于，所述复合微结构导向板(1)、所述鱼鳞排布层(2)、所述缓冲层(3)的两侧面分别设置凯夫拉面层(4)；
最外侧的所述凯夫拉面层(4)的外侧覆盖设置防火层(5)，最内侧的所述凯夫拉面层(4)的内侧覆盖设置棉层(6)。
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