Многослойная броня
Авторы патента:
Использование: защита от осколков и пуль стрелкового оружия. Сущность изобретения: многослойная броня содержит лицевой 1 и тыльный 2 керамические слои и вибропоглащающий слой 3 между ними. Толщина h2 тыльного слоя 2 равна двум третям толщины h1 лицевого слоя 1, а толщина вибропоглащающего слоя h может быть равна: где: Vmax - максимально возможная скорость взаимодействия ударника с броней, а - скорость распространения упругих волн в материале керамики. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к военной технике, в частности к конструкции броневой защиты и может быть использовано при проектировании средств индивидуальной защиты, включающих в себя керамические бронезащитные элементы.
Известна броня из композиционного материала, содержащая два твердых жестких слоя, например, из керамики и слой из волокнистого материала. Причем между первыми двумя слоями и слоем из волокнистого материала имеется зазор /1/. Достоинством такой брони является ее высокая стойкость к воздействию пуль стрелкового оружия. Недостатком указанного решения является отсутствие зазора между двумя первыми твердыми слоями, что заставляет их работать как единое целое. В качестве прототипа авторами выбрана броня из композиционного материала, содержащая керамический слой, устойчивый к попаданию пули. К твердому керамическому слою примыкает слой, поглощающий выбрации. Броня также содержит задний слой, например, из волокнистого материала /2/. Недостатком такого решения является отсутствие связи между относительными толщинами слоев и сложность изготовления пластины из трех различных слоев. Задачей предлагаемого решения является повышение эффективности защиты за счет использования двух твердых слоев из керамики и выбора относительных толщин слоев из соотношений, обеспечивающих наименьшее напряженно-деформированное состояние керамических защитных пластин при их взаимодействии с пулей. Положительный эффект достигается тем, что в многослойной броне, содержащей керамический лицевой слой, примыкающий к нему вибропоглощающий слой и тыльный слой, тыльный слой выполнен из керамического материала толщиной h2 равной двум третьим толщины лицевого керамического слоя h1. а толщина вибропоглощающего слоя h определяется из соотношения где Vmax максимально возможная скорость взаимодействия ударника с броней; a скорость распространения упругих волн в материале керамики. На фиг. 1 представлена схема расположения слоев многослойной брони; на фиг.2 иллюстрируется принцип работы такой брони при взаимодействии с пулей. Броня состоит из лицевого керамического слоя 1 толщиной h1, тыльного керамического слоя 2 толщиной h2 и вибропоглощающего слоя 3 толщиной h, расположенного между ними. На фиг. 2 стрелками показано расположение фронтов волн напряжений в каждом керамическом слое и путь hi, пройденный волнами напряжений в каждом керамическом слое. При ударе пули 4 по лицевому керамическому слою 1 в eго материале начинает распространяться волна напряжений сжатия, нагружающая материал в каждом его сечении контактным напряжением sс. В момент времени t1= h1/a, где a скорость распространения упругой волны в материале керамики, она достигает тыльной поверхности лицевого керамического слоя 1. Из-за наличия вибропоглощающего слоя 3 толщиной h эта поверхность деформируется на величину h (фиг.2а). При этом относительная деформация 1 определяется так: Но пришедшая волна напряжений сжатия принесла на тыльную поверхность лицевого керамического слоя 1 амплитуду относительной деформации , определяемую так: где E модуль Юнга первого рода материала керамики. Входящее в (4) контактное напряжение o определяется так: где Vmax максимально возможная скорость взаимодействия ударника с броней; а скорость распространения упругих волн в материале керамики. Тогда, в лицевом слое 1 волна сжатия отразится в виде волны напряжений растяжения с амплитудой p1 ,, причема в тыльном керамическом слое 2 будет распространяться волна напряжений сжатия с амплитудой с2
Потребуем, что бы оба керамических слоя были равнонагружены . С учетом (6) и (7) последнее условие примет вид:
Разрешая уравнение (8) относительно оптимальной величины толщины вибропоглощающего зазора 3 hопт, с учетом (5) и выражения для скорости распространения упругой волны в материале керамики получили:
Таким образом, толщину вибропоглощающего слоя 3 h с учетом уравнения (9) выбирают из соотношения:
h =(0,8...1,2)hопт, (10) что обеспечивает равную нагруженность керамических слоев в момент времени t1 h1/a. В момент времени t2 (h1+h2)/a (фиг.2б) волна напряжений сжатия в тыльном керамическом слое 2 достигнет его тыльной поверхности и произойдет ее отражение в виде волны растяжения. При этом между лицевым 1 и тыльным 2 керамическими слоями вновь образуется вибропоглощающий слой 3. Тогда, при достижении отраженной в тыльном керамическом слое 2 волны растягивающих напряжений поверхности контакта с лицевым керамическим слоем 1 в момент времени (фиг. 2в), перехода растягивающей волны напряжений в лицевой керамический слой 1 не произойдет. В момент времени t4 3h1/a (фиг. 2г) вторично отраженная волна сжатия в лицевом керамическом слое 1 достигнет поверхности контакта с тыльным керамическим слоем 2 и вибропоглощающий зазор 3 вновь будет заполнен деформацией лицевого керамического слоя 1. В этом случае часть волны напряжений сжатия отразится в лицевом керамическом слое 1 в виде волны напряжений растяжения, а часть перейдет в тыльный керамический слой 2. Значит тыльный керамический слой 2 получит дополнительный импульс сжатия, чтобы его влияние на разрушение тыльного керамического слоя 2 было минимальным, необходимо расположение фронта волны сжатия в ней как можно дальше от поверхности контакта, то есть на ее тыльной поверхности, где произойдет отражение фронта в виде волны напряжений растяжения. Тогда волны сжатия и растяжения в тыльном керамическом слое 2, взаимодействуя друг с другом, будут уменьшать в нем суммарную амплитуду напряжений. Такому моменту времени, как показано на фиг. 2г соответствует время t5 (h1 + 3h2)/a. Таким образом, равенство времен t4 и t5 обеспечивает минимальный уровень напряжений в каждом керамическом слое 1 и 2 при переходе волн напряжений из одного слоя в другой. С учетом выражений для t4 и t5 и их равенства, получили формулу для определения толщины тыльного керамического слоя 2 h2 в зависимости от толщины h1 лицевого керамического слоя 1:
Следовательно, выбирая толщину вибропоглощающего слоя h из соотношения (10) с учетом (9), а толщину тыльного керамического слоя 2 h2 из уравнения (11), обеспечиваются оптимальные условия функционирования керамических слоев многослойной брони в результате взаимодействия брони с пулей и тем самым повышается эффективность защиты. Проведенная экспериментальная проверка подтвердила достижение положительного эффекта в результате использования предлагаемого технического решения.
Формула изобретения
где Vmax максимально возможная скорость взаимодействия ударника с броней;
a скорость распространения упругих волн в материале керамики.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2
Похожие патенты:
Броня для защитного жилета // 2062430
Изобретение относится к области индивидуальной защиты человека от поражения пулями с высокой кинетической энергией
Полиэлементная броня // 2045736
Изобретение относится к военной технике и вооружению и может быть использовано при конструировании бронетанковой, авиационной, ракетной и инженерной техники, кораблей ВМФ, защитных устройств объектов комплексов ПВО и ПРО, сооружений ГО, легкой индивидуальной защиты типа бронежилетов
Противопульная защита // 2040769
Изобретение относится к броневым конструкциям и может быть использовано для отсекания элементов ведущих устройств (поддонов) различных инденторов, метаемых из баллистических установок (БУ) с целью защиты мишеней, а также измерительной и регистрирующей аппаратуры
Изобретение относится к производству ударопрочных изделий остекления для самолетов, в том числе птицестойких панелей осветления
Многослойный защитный экран // 1376707
Изобретение относится к броневым конструкциям для защиты объектов от поражения длинномерными телами и позволяет повысить эффективность защиты от пробития длинномерными телами без увеличения массы и упростить технологию изготовления защитного экрана, выполненного в виде слоев 1, размещенных на определенным расстоянии t R 4l где R - величина зазора, l - длина длинномерного тела
Патент 73759 // 73759
Броня // 66138
Материал для пулезащитного средства // 2056615
Изобретение относится к материалам для средств индивидуальной защиты и может быть использовано в броневых жилетах, шлемах и т.п
Пуленепробиваемая панель // 2046271
Защитная конструкция // 2034228
Изобретение относится к разработке устройств для защиты от воздействия поражающих элементов различного вида: пуль, осколков и т.д
Защитный слой бронежилета // 2032881
Изобретение относится к индивидуальным средствам защиты человека от поражения огнестрельным оружием, в частности к бронежилетам
Защитный слой бронежилета // 2030704
Изобретение относится к индивидуальным средствам защиты человека от поражения огнестрельным оружием, в частности к бронежилетам
Скрытноносимый бронежилет // 2029219
Защитный жилет // 2023974
Изобретение относится к области разработок устройств для защиты личного состава от пуль и осколков при ведении боевых действий и представляет собой защитный жилет
Защитное покрытие // 2100747
Изобретение относится к средствам защиты различных объектов от воздействия быстролетящих твердых тел пуль, осколков, твердых частиц грунта, выполненным в виде предохранительных покрытий или щитов, расположенных с зазором относительно защищаемого объекта, и может быть использовано для защиты подвижных и неподвижных объектов, и, в частности, вагонов, контейнеров и, в особенности, цистерн для перевозки нефтепродуктов и сжиженных газов