面的超压不至于使有生力量死亡，起到了很好的防爆效果。与相当价格、同样厚度的装甲钢相比，新型防爆复合结构对高能炸药爆炸效应的防护能力提高了 40%左右。
[0034]在理论模拟和实际试验中发现，作为金属球体体积不能过大，如果过大，则导致微结构的重量过大，造成坦克、车辆等车体运行缓慢，耗油过多，同样，金属球体4体积不能过小，如果过小，会造成微结构的密度过小，无法起到充当质量块的作用；对于弹性材料5，体积不能过大，如果体积过大，会整体造成微结构密度过小，使得金属球体充当质量块的作用减弱，而且会造成整个微结构体积过大，如果弹性材料5的体积过小，则起不到利用弹性材料进行缓冲的作用；对于基体材料6，也应该满足一个最佳的尺寸，如果基体材料尺寸过小，则起不到保护弹性材料的作用，如果气体过大，则造成尺寸过大，使得金属球体的质量块作用减弱，使得弹性材料在整个微粒结构中的比例降低，从而降低整个微结构的缓冲作用。因此对于金属球体4、弹性材料5、基体材料6的尺寸关系应该满足一个最优的关系。其中金属球体的直径为R1，弹性材料的直径是R2，基体材料的正方体的边长为L，通过数值模拟和大量的试验得到了上述三种尺寸的最佳关系式如下:R2/L=a*Ln (R1/R2)+b* (R1/R2) +c;
其中 Ln 是对数函数，a, b, c 为系数，0.02〈a〈0.03，0.07〈b〈0.08，0.75〈c〈0.84 ；
其中 4.5mm<Rl<9.0mm ;6.0mm〈R2〈10.5mm ;7.0mm〈L〈ll.5mm ;
0.75<R1/R2<0.86 ；0.79〈R2/L〈0.91作为优选，a=0.025，b=0.074，c=0.8。
[0035]作为优选，随着R1/R2的增加，a不断减小，b、c不断增加。
[0036]通过上述结构的优化，可以得到最佳的尺寸，通过上述微颗粒的尺寸，能够使得在最优化的尺寸结构下达到最佳的防爆效果。在最小防爆层质量的情况下达到最佳的防爆效果O
[0037]由多个金属-非金属球体系统组成的微结构排列而组成的超材料层1，能改变第一阶段爆炸冲击波传播方向，阻止冲击波使之不能进入结构内部或极大减弱进入结构内部的冲击波，以至于目标结构不产生预破坏效应。利用高速摄像测试与分析技术，发现微结构形式为弹簧质量系统的超材料层对TNT、60TNT/40RDX这2种炸药产生的爆炸冲击波都能起到有效的阻隔，明显看到冲击波方向改变。
[0038]作为优选，超材料层I中，从外部向内部，金属球体的体积逐渐减少，即金属球体的质量比重逐渐降低。通过实验发现，此种情况的设置能够提高10%左右的防爆能力。
[0039]作为优选，超材料层I中，从外部向内部，弹性材料的体积逐渐增加，主要是随着向内部延伸，弹性越来越大，逐渐增加弹性缓冲，同时逐渐降低基体材料的比重。通过实验发现，此种情况的设置能够提尚10%左右的防爆能力。
[0040]实施例2:
实施例2是在实施例1的基础上进一步的改进。如图3所不，一种基于超材料的新型防爆复合结构，从外向内依次包括超材料层1、结合层2、吸能缓冲层3。上述三层的结构的成分等与实施例1相同，就不在进一步描述。
[0041]实施例2进一步在超材料层I的外部设置弹性板7，所述的弹性板7和超材料层I之间设置多个金属弹簧，所述的金属弹簧为多排结构，每排为多个。
[0042]作为优先，弹性板7可以是和超材料层相同的成分，即也是由图5所示的微结构组成。
[0043]当然，本发明研发了一种新的弹性板7，弹性板中各组分的重量配比是:环氧树脂50?60，多胺类固化剂10?16，金属粉20?30，其余为石粉增强粒子。其中本发明通过增加环氧树脂的比例来增加弹性，同时又通过调节金属粉和石粉的成分比例来达到满足防爆需要。
[0044]作为优选，环氧树脂55，多胺类固化剂13，金属粉25，其余为石粉增强粒子。
[0045]作为优选，所述环氧树脂可采E-51或E-44。多胺类固化剂可采用聚醚胺类和二乙烯三胺混合固化剂。石粉增强粒子可采用重质BaS04、氢氧化铝或碳酸钙。
[0046]本发明还提供了采用以下步骤的方法制备上述的弹性模型材料:
1)在容器中先放入环氧树脂，再向其加入聚醚胺类和二乙烯三胺混合固化剂，充分搅拌均匀，然后加入金属粉和石粉增强粒子，并不断搅拌，直到混合均匀为止；
2)将步骤I中搅拌均匀的物质倒入事先准备好的模具中，然后在室温下固化24小时，即可得到所述的防撞击的弹性材料。
[0047]作为优选，如图4所示，在弹簧中进一步设置弹性片，所述的弹性片可以是与弹性板相同的材料，也可以是与超材料层相同的材料。
[0048]通过设置弹簧以及弹性片，可以使得超材料层的厚度降低，从而节省成本。
[0049]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于爆炸波超材料结构的新型防爆复合结构，从外向内依次包括超材料层、结合层、吸能缓冲层，其中超材料层与吸能缓冲层通过结合层结合，其中超材料层为金属-非金属球体系统组成的微结构，所述金属-非金属球体系统组成的微结构包括:金属球体、弹性材料、基体材料；基体材料把由弹性材料包裹着的金属球体嵌入到基体材料中。
2.如权利要求1所述的一种基于超材料的新型防爆复合结构，其特征在于:弹性材料为球体，其中弹性材料与金属球体为同圆心球；基体材料为正方体，其中正方体的中心位于弹性材料的圆心位置。
3.如权利要求2所述的一种基于超材料的新型防爆复合结构，其特征在于:所述弹性材料(5)是橡胶材料；所述基体材料是环氧树脂材料，金属球体为铜或铁材料。
4.如权利要求2所述的一种基于超材料的新型防爆复合结构，其特征在于:其中金属球体的直径为R1，弹性材料的直径是R2，基体材料的正方体的边长为L，上述三种尺寸的最佳关系式如下:R2/L=a*Ln(Rl/R2)+b* (R1/R2) +c ；其中 Ln 是对数函数，a, b, c 为系数，0.02〈a〈0.03，0.07〈b〈0.08，0.75〈c〈0.84 ；其中 4.5mm<Rl<9.0mm ;6.0mm〈R2〈10.5mm ;7.0mm〈L〈ll.5mm ;0.75<R1/R2<0.86 ；0.79<R2/L<0.91。
5.如权利要求3所述的一种基于超材料的新型防爆复合结构，其特征在于:a=0.025，b=0.074，c=0.8。
6.如权利要求3所述的一种基于超材料的新型防爆复合结构，其特征在于:随着R1/R2的增加，a不断减小，b、c不断增加。
【专利摘要】本发明涉及一种防爆炸波复合装甲结构，从外向内依次包括超材料层、结合层、吸能缓冲层，其中超材料层与吸能缓冲层通过结合层优化结合，其中超材料层为金属-非金属球体系统组成的微结构，能够阻挡爆炸波中超压峰值附近区域的冲击波，所述金属-非金属球体系统组成的微结构包括：金属球体、弹性材料、基体材料；把由弹性材料包裹着的金属球体嵌入到基体材料中。本发明设计的防爆结构能有效阻隔爆炸冲击波、更容易吸收爆炸压力波，因此提高了结构的防爆能力。
【IPC分类】B32B3-18, B32B33-00, B32B27-06, F41H5-04
【公开号】CN104792224
【申请号】CN201510211687
【发明人】李向荣, 王国辉, 钟孟春, 王成, 姚鎏, 段丰安, 苏忠亭, 吴晓颖
【申请人】中国人民解放军装甲兵工程学院, 北京理工大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月29日