金属泡沫可以阻止50口径的子弹和钢-重量不到一半

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Afsaneh Rabiei arabiei@ncsu.edu 919.513.2674

马特·希普曼 matt_shipman@ncsu.edu 919.515.6386

研究人员已经证明，使用复合金属泡沫(CMF)的车辆装甲可以像传统钢装甲一样阻止子弹和穿甲。50口径子弹，尽管它的重量不到钢装甲的一半。这一发现意味着，车辆设计师将能够在不牺牲安全性的情况下开发更轻的军用车辆，或者在不加重车辆重量的情况下改善保护措施。

CMF是一种泡沫塑料，由不锈钢或钛等材料制成的空心金属球嵌入由钢、钛、铝或其他金属合金制成的金属基体中。在这项研究中，研究人员使用了钢-钢CMF，这意味着球体和基体都是由钢制成的。

在这项研究中，研究人员制造了一个由陶瓷面板、CMF核心和铝制薄背板组成的硬装甲系统。该装甲使用。50口径子弹和穿甲弹进行了测试。该装甲以500米每秒到885米每秒的冲击速度发射。

装甲的CMF层能够吸收72-75%的穿甲弹动能，68-78%的穿甲弹动能。

“CMF装甲的重量不到达到相同保护水平所需的轧制均质钢装甲的一半，”Afsaneh Rabiei说，他是一篇关于这项工作的论文的通讯作者，也是北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程教授。Rabiei是CMF的发明者，他花了数年时间开发和测试CMF材料。

Rabiei说:“换句话说，我们能够在不牺牲保护的情况下实现显著的减重，这有利于车辆的性能和燃油效率。”

Rabiei说:“这项工作表明，CMF可以为车辆装甲提供显著的优势，但仍有改进的空间。”“这些发现源于我们对装甲的测试，我们简单地将钢-钢CMF与现成的陶瓷面板、铝背板和粘合剂材料结合在一起。我们只是优化了我们的CMF材料，用钢-钢CMF装甲替换了标准车辆装甲的钢板。我们还可以做一些额外的工作来让它变得更好。例如，我们想优化陶瓷、CMF和铝层的附着力和厚度，这可能会导致更低的总重量，并提高最终装甲的效率。”

在之前的工作中，Rabiei和她的合作者证明了CMF可以阻挡爆破压力和破碎以每秒5000英尺的速度在18英寸外引爆高爆燃烧弹。她的团队也证明了这一点CMF可以阻止7.62 x 63毫米M2穿甲弹总厚度不足1英寸，而背面的压痕不足8毫米。作为背景，美国国家司法研究所的标准允许在装甲后面有多达44毫米的压痕。

此外，Rabiei的团队已经表明，cmf除了重量轻之外，也是在屏蔽x射线、伽马射线和中子辐射方面非常有效- - -可以处理火和热的两倍就像制作它们的普通金属。

Rabiei说:“简而言之，cmf在许多方面都有应用前景:从空间探索到核废料、爆炸物和危险材料的运输，到军事和安全应用，甚至汽车、公共汽车和火车。”

这篇新论文，”复合金属泡沫材料对大口径威胁的弹道性能，发表在杂志上复合结构．这篇论文的第一作者是雅各布·马克思(Jacob Marx)，他是北卡罗来纳州立大学的博士生。该论文由美国陆军作战能力发展司令部航空发展理事会的Marc Portanova共同撰写。

这项工作在联合航空生存计划的支持下完成，合同编号为W911W6-15-D-0001-0001。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

“复合金属泡沫材料对抗大口径威胁的弹道性能”

作者: Jacob Marx and Afsaneh Rabiei, North Carolina State University;Marc Portanova，美国陆军作战能力发展司令部

发表: 5月28日,复合结构

DOI: 10.1016 / j.compstruct.2019.111032

文摘:本研究的目的是研究复合金属泡沫(CMF)装甲对抗0.50口径弹道威胁的有效性。坚硬的装甲是使用一个由陶瓷面板、CMF核心和薄铝背板组成的三明治面板结构制造的。硬装甲系统在0.50口径(12.7 x 99 mm)的穿甲弹和AP (AP)弹药中进行了测试。CMF装甲在冲击速度在500-885 m/s之间进行了不同区域密度的测试。装甲以819米/秒的速度阻挡了敌人的威胁。CMF层分别吸收球和AP的72-75%和68-78%的动能。与轧制均质钢装甲(RHA)相比，CMF硬装甲在当前未优化条件下的质量效率约为2.1。CMF装甲提供了非常需要的重量节省，而不牺牲保护。利用ANSYS/AUTODYN显式动力学求解器完成有限元分析，研究材料间的相互作用和影响。计算结果与实验结果吻合较好。