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DO1：10.19936/ki.2096-8000.20210428.010陶瓷/UHMWPE层合板/阻尼材料复合靶板防弹性能研究周越松，梁森*,王得盼，刘龙(青岛理工大学机械与汽车工程学院，青岛266520)摘要：提出一种由碳化硼陶瓷、UHMWPE层合板、阻尼材料构成的复合靶板。
应用LS-DYNA动力学软件进行数值仿真分析,研究该靶板在12.7mm穿甲爆炸燃烧弹高速冲击下的性能，并通过实验对数值模拟进行可行性验证。
进一步研究靶板抗侵彻性能随结构几何参数变化的关系，探究阻尼材料的最佳分布位置和最佳厚度。
结果表明：随着陶瓷厚度增大，靶板吸收子弹动能和弹道性能指数呈线性增加;在UHMWPE层合板厚度较大时，增加其厚度对靶板抗侵彻性能的提升更明显；同等面密度条件下，与提高陶瓷或者UHMWPE层合板的厚度相比，涂刷1mm背层阻尼材料时，复合靶板弹道性能指数最高，抗高速侵彻性能最好，为阻尼材料作为减震层在抗高速冲击领域的广泛应用奠定了基础。
关键词：阻尼材料；复合靶板；数值仿真分析；高速冲击；复合材料中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：2096-8000(2021)04-0066-091引言随着科学技术的进步，反装甲武器毁伤效能不断提升,对防护装甲的“轻量级”与“防护性”要求越来越高［1］。
因此，研发防护能力更好、更轻质的防弹靶板迫在眉睫。
目前关于防弹靶板的研究大多集中在防弹新材料和防弹靶板复合结构上。
王亚进等［2］提出了陶瓷/芳纶纤维复合材料防弹板,通过数值模拟方法研究该防弹板抗子弹高速冲击的性能，并对该结构进行优化,为后续轻质复合装甲的研究设计提出了研究方向。
甄建伟等［3］研究了阵列式陶瓷颗粒破片防护层的透波特性，通过采用数值模拟的方法，说明了这种特殊的结构具有降低冲击波破坏的作用。
江怡等⑷用数值分析的方法探究了不同陶瓷种类的抗侵彻性能，深度剖析了陶瓷的抗侵彻原理，为复合靶板中陶瓷材料的选择提供了理论参考。
第1期压电陶瓷/NBR 复合材料阻尼性能研究王雁冰,黄志雄,杜 明,张联盟(武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430070) 摘要:采用机械共混法制备压电陶瓷/NBR 复合材料,并对其拉伸性能和阻尼性能进行研究。
结果表明,当压电陶瓷用量为200份时,复合材料的拉伸性能和阻尼性能较好;极化可提高复合材料的阻尼性能;随着外加交变作用力的增大,极化后的复合材料阻尼性能提高。
关键词:压电陶瓷;NBR ;阻尼性能中图分类号:TQ330.38;TQ333.7 文献标识码:B 文章编号:10002890X (2008)0120025203 作者简介:王雁冰(19752),女,河南扶沟人,武汉理工大学讲师,博士,主要从事聚合物功能复合材料的研究。
各种仪器设备在运转过程中都会产生不同程度的振动和噪声,对设备运行的精度和工作环境产生不利影响[1]。
阻尼橡胶密度和弹性模量小,易与金属基材粘结,能够有效控制振动和噪声,目前已成为高分子阻尼材料研究领域的热点之一。
橡胶阻尼材料的工作机理是利用聚合物材料在玻璃化转变温度区域具有显著的粘弹性,将大部分振动能转变为热能耗散掉,从而达到减震的目的。
表征阻尼性能的参数主要有损耗因子(tan δ)和损耗模量(E ″)。
在较宽的温度和频率范围内tan δ和E ″较大的橡胶具有较好的减震性能。
通常,橡胶的有效阻尼温度范围较窄且E ″较小,为了拓宽其有效阻尼温度范围,可将橡胶与具有较高玻璃化温度(T g )的聚合物以共混、共聚或互穿等方法制成复合阻尼材料[226]。
采用上述方法,在提高橡胶材料E ″的同时往往会使tan δ降低,还存在材料压缩永久变形增大、耐热性能下降等问题[7]。
本工作采用机械共混法制备压电陶瓷/NBR 复合材料,并对其拉伸性能和阻尼性能进行研究。
1 实验1.1 主要原材料NBR ,牌号26,中国石油兰州石化公司产品;压电陶瓷(锆钛酸铅),牌号P 251,平均粒径为20μm ,山东淄博宇海电子陶瓷有限公司产品;硫化剂DCP ,上海高桥石化公司产品。
复合材料阻尼性能的测试与分析武海鹏【摘要】对复合材料的阻尼性能准确测试,实现对结构振动冲击、噪声和疲劳破坏的有效控制,有着极其重要的工程实际意义.本文从试验出发,通过Adams-Bacon法和Ni-Adams法对玻璃纤维和碳纤维复合材料单向板试件阻尼进行分析对比,讨论本文采用实验方法的可靠性.【期刊名称】《纤维复合材料》【年(卷),期】2015(032)001【总页数】5页(P26-30)【关键词】阻尼;悬臂梁;纤维增强复合材料【作者】武海鹏【作者单位】哈尔滨玻璃钢研究院,哈尔滨150036【正文语种】中文先进的纤维增强复合材料由于高比强、高比模等优越性能，在航空航天、建筑、交通、机械等领域得到了愈来越广泛的应用。
阻尼性能是先进复合材料应用中的重要组成部分，尤其在冲击、噪声领域中。
在纤维增强复合材料阻尼性能分析及其预报方面，Schultz和Tsai[1]、Hashin[2]及Adams[3-5]进行复合材料阻尼开创性研究工作；其后德国的H.Oberst和法国的P.Lienard[6]对悬臂梁的结构损耗因子进行了理论分析和计算，其结构阻尼损耗因子可达到0.06～0.25左右；J.M.Berthelot和Y.Sefrani[6]对单向玻纤和芳纶纤维复合材料进行了研究，考察频率和纤维角度对复合材料损耗因子的影响。
Adams&Bacon[4-5]以层合板阻尼性能实验结果为基础，提出了纤维增强复合材料阻尼元模型；Adams和Maheri[7]通过对不同铺设角度的层和板振动进行研究，得出铺设角度对于结构阻尼的耦合效应。
Adams等[8-9]利用自由梁弯曲振动方法，研究了单向增强复合材料在不同温度下的动态特性和阻尼。
冯文贤、陈新[10]等通过讨论振动系统的阻尼矩阵，构造了一个利用动态试验数据确定多项式的优化估计算法；丁康等[11]通过对自由衰减振动信号采集，利用离散频谱峰值，提出一种精确计算结构小阻尼的新方法；徐兴[12]等利用流变振动仪测设等截面杆的振动，来确定材料的阻尼，同样十分方便有效。
试论舰船用丁腈橡胶复合阻尼材料的制备及性能摘要：为了能够得到较为显著的降振效果，通常在材料选取方面比较偏向于空气阻尼材料，这种材料在现代船舶方面应用的频次比较高，是做好减震降噪音工作的额关键所在。
本篇文章中，我们重点围绕丁腈橡胶复合阻尼材料展开了深入分析，希望能够在不断的研究讨论中，使得该材料在船舰领域获得更为明显的成效。
关键词：舰船；阻尼材料；丁腈橡胶；氯丁橡胶橡胶阻尼材料关键在于橡胶的黏强度,而在玻璃化改变范围内,由分子链移动所形成的内磨擦,从而促使外场作用所产生的的机械功率以及相关声音所产生的能量可以得到一定程度的转化，使其变成热能进而散逸在四周，从而实现减少振动降低噪声的作用效果。
据相关调查，阻尼材料的应用范围具有较高的宽阔性，不仅军用领域的应用较为普遍，在民生产业方面的应用程度也相当高。
基于这一背景下，橡胶阻尼的材料性能等方面的研究工作也开始得到了较多人的重视。
一般情况下，橡胶阻尼材料的功能区设定为玻璃转化区。
结合有关资料我们可以了解到，功能区的温度一般要比室内温度低，通常较为狭小。
因而在工程设计中通常要求大阻尼橡胶必须在宽温或宽频区域中具备很大的阻尼特性,如飞行器、火箭等要求在有效阻尼区的温度范围更大,因此橡胶的大阻尼特性并没有得到充分的实现,在实际工程设计应用中的使用也面临了较大的限制。
为适应实际的应用条件,必须通过共混、互穿网络(刀PN)等技术手段,来改善橡胶的阻尼特性。
这种工艺技术在某种意义上扩大了橡胶的高效阻尼工作温度适用范围,并使阻尼值有了极大的降低。
一、试验部分（一）主要原材料丁腈橡皮N220S、N230S、丁腈橡皮NBR3355, 氯丁橡胶2322以及其他。
（二）主要设备与仪器QT/25电子检测应力机,用以测量硫化试片的机械性能;DMA/SDTA861e电子动力学解析仪,用以测量硫化试片的力学阻尼器特性;JF-3氧指数测量机,用来测量硫化试片的阻燃性效果能;LMS振动与噪声检测系统,用来测试模具的减振特性测量。
纤维增强复合材料阻尼性能的研究孙立娜【摘要】纤维增强树脂基复合材料越来越广泛地应用于航空航天、水下核潜艇、高速列车等高科技领域。
对复合材料的阻尼性能进行分析和有效预报，从而实现结构振动冲击、噪声和疲劳破坏的有效控制，有着极其重要的工程实际意义。
本文对纤维复合材料阻尼研究的进展情况进行了综述，阐述了复合材料阻尼机理：阳复合材料阻尼性能的研究现状。
%As a fiber - reinforced composite are more widely used in high - tech field of aeronautics and astronautics, marine, automobile etc. Damping is an important feature of engineering meaning. The paper presents an analysis and pre- diction of the damping composites which behavior is helpful structure impact and yawp and fatigue. This paper reviews recent achievement in damping studies for fiber reinforced composites. The content can be divided in to two parts：damping mechanisms and study status.【期刊名称】《纤维复合材料》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】5页(P37-41)【关键词】纤维增强复合材料;阻尼性;粘弹性【作者】孙立娜【作者单位】哈尔滨玻璃钢研究院,哈尔滨150036【正文语种】中文【中图分类】TB33阻尼材料是一种能吸收振动机械能，并将之转化为热能而耗散的功能材料。
阻尼复合材料研究进展摘要：阻尼材料是近几十年来发展起来的一种新型减振降噪材料。
由于其特殊用途，深受国内外关注，而兼具高阻尼和静态力学性能的结构阻尼复合材料则具有十分广阔的应用前景，目前国内外对结构阻尼复合材料的研究和开发十分重视。
本文简要阐述了阻尼复合材料的阻尼机理以及国内外的发展史，分别介绍了树脂基阻尼复合材料、金属基阻尼复合材料、橡胶阻尼复合材料、树脂—金属基阻尼复合材料、压电导电新型阻尼复合材料, 以及几种阻尼复合材料的研究发展状况。
关键词：树脂基、金属基、橡胶基、压电、阻尼复合材料Abstract:Damping material is a new material for reducing librations and noises developed in recent years. Many people in and out of China begin to interested in this kind of material for its special use.The structural damping composites that have not only high damping but also high strength and modulus will hold an extensive application future. At present many countries have put emphasis on the study and exploitation of structural damping composites. This paper summarizes the chief principle of damping composite materials and its development history around world. It introduces a kind of damping composite materials such as resin based damping composite material、metal based damping composite material、rubber based damping composite material、resin-metal based damping composite material and piezoelectric and conductive advanced damping composite material. The paper shows the development of several damping composite material.Keywords:Resin matrix;Metal matrix;Rubber matix ;Piezoelectic;Damping Composite material1．引言随着航空航天领域的巨大发展，科学技术的不断进步，人们对材料的要求越来越高，不仅要求材料满足力学性能要求，而且还要其具有特殊的功能，阻尼复合材料正是这种具有发展前途的功能复合材料。
阻尼复合材料研究进展摘要：阻尼材料是近几十年来发展起来的一种新型减振降噪材料。
由于其特殊用途，深受国内外关注，而兼具高阻尼和静态力学性能的结构阻尼复合材料则具有十分广阔的应用前景，目前国内外对结构阻尼复合材料的研究和开发十分重视。
本文简要阐述了阻尼复合材料的阻尼机理以及国内外的发展史，分别介绍了树脂基阻尼复合材料、金属基阻尼复合材料、橡胶阻尼复合材料、树脂—金属基阻尼复合材料、压电导电新型阻尼复合材料, 以及几种阻尼复合材料的研究发展状况。
关键词：树脂基、金属基、橡胶基、压电、阻尼复合材料Abstract:Damping material is a new material for reducing librations and noises developed in recent years. Many people in and out of China begin to interested in this kind of material for its special use.The structural damping composites that have not only high damping but also high strength and modulus will hold an extensive application future. At present many countries have put emphasis on the study and exploitation of structural damping composites. This paper summarizes the chief principle of damping composite materials and its development history around world. It introduces a kind of damping composite materials such as resin based damping composite material、metal based damping composite material、rubber based damping composite material、resin-metal based damping composite material and piezoelectric and conductive advanced damping composite material. The paper shows the development of several damping composite material.Keywords:Resin matrix;Metal matrix;Rubber matix ;Piezoelectic;Damping Composite material1．引言随着航空航天领域的巨大发展，科学技术的不断进步，人们对材料的要求越来越高，不仅要求材料满足力学性能要求，而且还要其具有特殊的功能，阻尼复合材料正是这种具有发展前途的功能复合材料。
阻尼复合材料是一种能吸收振动机械能，并将其转化为其他形式的能量(如热能、电能、磁能、声能等)功能复合材料。
各类阻尼复合材料已广泛应用于导弹、卫星、飞机、舰船、汽车工业等许多领域。
阻尼复合材料的种类多种多样，按其基体不同主要可分为树脂基阻尼复合材料、金属基阻尼复合材料和金属—树脂复合阻尼材料；按其阻尼耗能机制可分为热损耗型阻尼复合材料、磁损耗型阻尼复合材料和电损耗型阻尼复合材[1]。
早在上世纪80年代美国海军就成功地将碳纤维增强环氧推进轴用于YP-654级巡逻艇并进行了海试。
90年代初成功地将5000轴马力，外径0.68m、长10m的复合材料推进轴在军用运输船上进行海试,90年代末又成功地将复合材料推进轴应用到“孟菲斯”号潜艇进行海试，效果良好。
从美国海军对复合材料推进轴的研制推广应用过程来看，美国海军已完成安静型潜艇用低噪声高阻尼复合材料推进轴的材料研制、成型工艺研究、配套技术以及海试验证，且已进入实用阶段。
从效果看，采用低噪声高阻尼复合材料推进轴技术已成为安静型潜艇控制声目标强度的最为有效的措施之一。
国外，结构阻尼复合材料基座在舰船设备上已有应用，俄罗斯潜艇的设备基座所采用的阻尼复合材料的结构损耗因子为0.025-0.1,连接部位有金属加强筋。
另外，国外潜艇的减振浮筏的筏架也有部分采用结构阻尼复合材料制作，表现出优异的阻尼隔振效果[2]。
2．阻尼机理阻尼复合材料主要是通过基体、增强体以及两者之间的界面摩擦阻尼来吸收振动机械能量，并将机械能转化为热能或其他形式的能量而耗散的功能材料。
阻尼减振技术利用阻尼材料在变形时把动能变成为其他形式能的原理，降低材料结构的共振振幅和增加材料的疲劳寿命。
因此，基体阻尼、增强体阻尼及界面阻尼构成了阻尼原理的三个主要的微观机制，其叠加的结果决定了复合材料的宏观阻尼行为。
2. 1 基体材料阻尼阻尼复合材料通常是通过基体的阻尼特性起到减振抗噪的目的。
聚合物基体与金属基体的阻尼特性是完全不同的。
聚合物基体在处于刚性的玻璃态时，高分子链段的自由运动是受限制的，材料形变主要是由大分子链键长和键角的变化而引起，不能消耗机械能。
当聚合物基体中的分子链处于运动状态时，分子链段发生相互运动时产生内摩擦，这需要克服阻力，需要一定的时间，将外部施加的机械能转化为其他形式的能量[3]，这就是基体材料阻尼的机制。
2. 2 增强体材料阻尼阻尼复合材料的另一种减振方式是靠复合材料中的增强材料来消耗振动能量的。
这些增强材料如纤维能起到增加材料的应变及损耗能量的能力。
它能限制分子的运动，增加应力和应变之间的相位滞后；增强材料能限制分子长链相互转换过程中的运动，从而增强能量的转化，并增强了阻尼作用[4]。
2. 3 材料界面阻尼大多数增强材料与基体树脂在结构上存在很大差异，在物理和化学性质上不相容，因此两者结合后，界面会影响复合材料的性能。
而增强体与基体的结合面恰恰就是复合材料阻尼机制的来源。
界面阻尼是复合材料界面在外加应力的作用下发生相对的微滑移现象，从而消耗了从外界来的振动能量。
界面阻尼在复合材料中起到微观阻尼的作用，从而增大了复合材料的阻尼性能。
3．阻尼复合材料发展状况3．1 树脂基阻尼复合材料国外很早就开始从事树脂基阻尼复合材料的研究，在理论上分析了复合材料的阻尼机理、阻尼测量以及基体树脂、固化剂、纤维的铺设方式、纤维种类、复合材料结构等对阻尼性能的影响。
树脂基阻尼复合材料具有粘性液体在流动状态下损耗能量，以及弹性固体材料贮存能量的特性，因此，聚合物是人们比较认可的阻尼材料。
当高分子材料处于刚性的玻璃态时，大分子链段的运动是基本冻结的，形变主要是由大分子中的键长和键角的变化而引起的，弹性模量高，不能耗散机械能，只能将机械能作为位能贮存起来。
当其处于粘流态时, 链段的运动是协同运动，只能消耗能量而不能存储机械能。
介于这两者之间的是玻璃化转变区,当聚合物在玻璃化转变温度附近时，聚合物链段由完全冻结状态转变为运动状态，分子链段之间发生相互运动产生内摩擦，将外场作用的机械能部分地转变成热能或其他形式的能而散逸，从而达到减振降噪的目的。
随着环氧树脂阻尼材料应用的日益广泛和对阻尼材料性能要求的逐渐提高，研制高阻尼性能环氧树脂基体及其复合材料成为研究热点。
互穿聚合物网络(IPN）技术、阻尼性能、高分子链段结构的评价能够在分子水平上指导新型环氧树脂的设计和开发；纳米技术、压电效应、材料制备新技术等与阻尼材料的研究相结合，能够为阻尼材料提供广阔的发展前景。
而在树脂基阻尼复合材料发展当中, 纤维增强环氧树脂阻尼复合材料无疑是研究和应用最广、最成功的阻尼材料之一。
李明俊等[5]将M-3501环氧树脂基碳纤维预浸料(厚度为0.125 mm)与T54/T60型改性环氧树脂制成试样，并与不同厚度的阻尼层材料(ZN28)进行复合。
用压敏胶和T54/T60型改性环氧树脂作胶粘剂, 借助动态机械分析仪(DMAQ800)，考查了2种粘接层材料和不同粘接层厚度对各向异性交替层合阻尼结构内耗特性的影响。
认为在低于阻尼层材料Tg附近，用压敏胶作粘接层材料，其结构内耗的温度特性优于用环氧树脂；结构内耗的频率特性与粘接层材料及其厚度密切相关，胶层越薄，结构内耗的温度特性越好。
但作者并没有对此结果给出详细的解释。
本文认为这可能是因为粘接层较厚时，界面粘合层也较厚，使得树脂大分子的运动性更差，体系的阻尼性能下降。
任润桃等[6]研究了聚酰胺等大分子胺类固化剂和增韧剂对环氧基复合材料阻尼性能的影响。
得出的结论是适当增加固化剂和增韧剂的用量能提高复合材料的阻尼性能。
现在树脂基阻尼复合材料增韧常用的方法是在环氧树脂体系中加入端羧基丁腈橡胶和某种溶剂作为阻尼改性剂以提高基体材料的阻尼性能。
而且，现在国内外研究最多的是在树脂基复合材料中加入各种晶须来改善阻尼性能。
3．2 金属基阻尼复合材料金属基复合材料(MMC)，具有通常单一材料所没有的综合特性，如：高比强度、高比刚度、低热膨胀系数等，已成为各国十分重视的一类新型结构材料，在宇航、航空、汽车和尖端武器系统中展现出重要的应用价值。
随着金属基复合材料研究的发展以及应用领域的拓展，高阻尼的要求已逐渐变得越来越重要了，如：导弹、卫星的仪器仪表和重要结构部件有极其严格的抗振要求；航天器的太阳能天线板等大型柔性结构的保持稳定；机器人臂杆的低密度、高刚度、高阻尼要求等等。
因此，研究金属基复合材料的阻尼特性显得十分必要，发展具有优异的力学性能和阻尼性能的新型金属基复合材料是人们迫求的目标。
大量研究表明，MMC的阻尼性能是由材料的化学成份、材料的组织结构和材料的加工工艺过程决定的，同时也受到材料在使用状态下的应变振幅、环境温度和振动源的振动频率等因素的影响。
Zhang.J、Perez R.J[8]等人总结了多种MMC的阻尼性能的试验结果，表明金属基复合材料随着增强相含量的增加，其弹性模量增大且阻尼性能提高。
金属基复合材料最富有吸引力的特征之一是具有通过控制界面属性引入阻尼源的潜力，弱结合界面和强结合界面对复合材料的阻尼性能有不同的影响。
由于当作用在界面上的剪切应力的值大到足以克服摩擦阻力时，界面滑移便可发生，因此，弱结台界面能通过界面滑动摩擦机制对阻尼作出贡献，具有弱结合界面的金属基复合材料的阻尼性能应优于强界面结合的金属基复合材料。
但不幸的是，界面滑移在阻尼性能上的收益将伴随复合材料在刚度和强度上的损失。
