子彈沖擊防彈頭盔動力學響應及防護性能仿真研究.pdf

1、近年來，新型單兵裝備與新型防彈頭盔的應用減少了顱腦穿透的發(fā)生率及死亡率，但是高速高能子彈、爆炸碎片沖擊防彈頭盔產(chǎn)生的后鈍挫傷的問題越來越突出，并由此產(chǎn)生的顱腦損傷導致士兵作戰(zhàn)能力下降等問題也日益增多。因此，理解防護裝甲后鈍挫傷的致傷機理及加強對頭部損傷的防護是目前急需解決的重要科學與工程問題。但對于它的研究，由于倫理學限制無法利用活人來進行實驗，只能通過尸體頭顱實驗、動物實驗、假人實驗及有限元仿真方法進行研究，其中屬有限元仿真方法經(jīng)濟性

2、較好，可重復性較強。
　　本文基于防彈頭盔和某50百分位中國成人男性志愿者的CT以及MRI掃描數(shù)據(jù)，分別建立了防彈頭盔和具有詳細人體頭部解剖結(jié)構(gòu)的顱腦有限元模型。主要運用ICEM和Hypermesh軟件對防彈頭盔和頭部幾何模型進行網(wǎng)格劃分，其中頭部模型描述了頭皮、硬骨組織、腦組織與軟組織四個部分。頭部模型共包含95997個節(jié)點，以及120818個六面體單元，模型總質(zhì)量約為4.2Kg，同時整個模型均采用共節(jié)點連接方式。而防彈頭盔有限

3、元模型包含美軍ACH中號頭盔和國產(chǎn)大號頭盔兩類，兩類模型分別含有329216個單元，392992個單元。顱腦有限元模型和防彈頭盔模型的材料屬性均采用已發(fā)表的國內(nèi)外相關(guān)文獻資料。
　　為了驗證防彈頭盔和顱腦模型的有效性，本文基于B T.Long、C.Y.Tham正面/側(cè)面碰撞頭盔原型彈道測試實驗數(shù)據(jù)對頭盔模型的有效性進行驗證。同時還基于Nahum顱內(nèi)壓實驗、Yoganandan顱骨骨折實驗及其頭部側(cè)面跌落等三種實驗數(shù)據(jù)對顱腦有限元模

4、型的有效性進行了驗證。仿真結(jié)果表明所建立的防彈頭盔模型和顱腦有限元模型穩(wěn)定性較好，可應用于后續(xù)頭盔防護性能仿真研究。
　　最后運用該防彈頭盔模型進行子彈沖擊防彈頭盔動力學響應仿真，通過對比分析頭盔四個位置的背面變形量大小，從而對頭盔的優(yōu)化設(shè)計提供有意義的參考意見。接著基于Claude Sarron保護板下尸體頭骨實驗仿真數(shù)據(jù)運用顱腦模型結(jié)合頭盔模型進行頭盔防護性能仿真研究，通過對比分析有無泡沫情況下顱腦損傷生物力學參數(shù)以及頭部的H