讲座题目：仿生阵列梯度装甲设计与抗弹机理研究
主讲人：姜龙涛
主办单位：材料科学与工程学院
时间：4月26日18:30
地点：H447
主要内容：
仿生阵列梯度装甲是一种受自然界生物结构启发、通过多尺度梯度设计实现高效抗弹性能的新型复合装甲系统，其核心在于模仿犰狳、鱼类等生物的分级防护结构，结合材料梯度分布与阵列排布，实现高强度与高韧性的协同优化。
核心设计原理
1. 仿生灵感来源：犰狳的骨板通过胶原纤维连接，形成“硬单元+软基体”的分级结构，在保证灵活性的同时抵御外力冲击。该设计被转化为刚性陶瓷单元（如碳化硅圆柱）与高强金属基体（如B4Cp/Al复合材料）的结合，有效提升抗侵彻能力。
2. 多尺度梯度结构：
• 阵列层：由93 vol%陶瓷体积含量的碳化硅圆柱（SiCc）密排构成，承担初始弹丸动能破碎与偏转；
• 梯度层：采用55 vol% B4C颗粒增强铝基复合材料（B4Cp/Al），逐步吸收残余能量并支撑阵列层；
• 整体结构：形成“表面高硬、内部渐变”的功能梯度材料（FGM），减少应力突变，防止层裂失效。
抗弹机理分析
• 能量耗散机制：弹丸侵彻过程中，阵列层通过陶瓷圆柱的破碎、裂纹偏转与断续扩展消耗大量动能；梯度层则通过塑性变形与应力波扩散进一步吸收能量，模拟显示该结构在侵彻第二阶段即消耗弹丸最多质量与动能。
• 损伤控制优势：相比传统陶瓷复合装甲（CCS），该结构在相近抗侵彻性能下，损伤面积减少超过85%，显著提升多次打击耐受性。
• 位置鲁棒性：即使弹丸击中单根圆柱中心或间隙区域，结构仍能提供有效防护，表明其具备良好的冲击位置适应性。
