目前复合装甲的研究与设计大多处于经验式的、宏观的、粗糙的阶段,距离复合装甲的精确有效设计还有着很大的差距。传统的复合装甲设计方法主要包括实验方法和数值分析方法,实验方法费时费力,并且需要大量的经费支持;而以往的数值分析方法因为对材料的动态本构方程的不够了解而十分不准确。对此本文希望通过研究材料的损伤特征与其吸收能量之间的关系,以材料的损伤特征作为判据,建立一套新的复合装甲的研究方法,指导复合装甲的精确设计。本文首先研究了陶瓷-PE复合装甲的抗弹性能和复合装甲的损伤特征,研究表明复合装甲的损伤耗能可以分为弹靶之间的相互作用和装甲板受损时的结构改变两部分,而最为明显的损伤特征为PE背板的变形;大量的实验结果表明复合装甲板的损伤特征与复合装甲板吸收的子弹动能之间有很大的联系,而这种损伤与能耗之间的联系,则为复合装甲的有效设计提供了可能性。对此本文继续研究了陶瓷-PE复合装甲中PE背板的抗侵彻行为及性能,以PE层合薄板作为研究对象,以实验测试的方法研究了PE层合板的抗侵彻性能和破坏机理。首先用小钢球对1 mm PE薄板进行侵彻试验,侵彻速度为50 m/s~800 m/s,研究在不同速度下PE板的响应形式;之后用小钢球分别对1 mm、3mm和5 mm的PE板进行侵彻试验,来研究PE板厚度对PE板抗侵彻性能的影响;然后采取3种不同形状的弹头(平头、半圆头和尖头)对PE板进行侵彻试验,研究不同形状的子弹对PE板侵彻性能的影响。在侵彻试验过程中使用高速摄影机来观察弹丸侵彻过程中的PE板的响应状态,在侵彻试验之后,采用超声C扫描对样品进行内部损伤检测,借用扫描电镜来观察PE试样的损伤形式,分析PE板在受到冲击载荷时的吸能性能、损伤形式和损伤机理,并测试了不同拉伸速度下PE纤维拉伸强度来验证之前的研究结果。试验结果表明:1、随着速度的增加,PE板所吸收的子弹的动能呈现出先增加,然后保持稳定,随后降低的趋势,吸收的最大动能为32.2 J。PE的击穿速度为280 m/s左右,当速度达到300 m/s左右时,PE板所吸收的能量出现较大的波动;当冲击速度在350 m/s~500 m/s之间时,PE板所吸收的能量较为稳定,达到了26 J左右;随着侵彻速度继续增加,PE板所吸收的能量则出现了下降的趋势,并建立了损伤程度与吸收能量之间的关系。2、PE纤维有着明显的应变率效应。在100 mm/min到1000 mm/min的拉伸速度范围内,纤维的性能会逐渐降低;并且随着拉伸速度的增加,即应变率的增加,PE纤维有着从韧性向刚性的转变的趋势。3、在厚度效应试验中,随着PE板的厚度的增加,PE板所吸收的能量呈现一种指数增长的趋势。PE板厚度的增加对PE板的抗侵彻性能有着很大的提升。4、在不同的弹体冲击下,锥头弹体冲击时PE板的弹道极限最小,平头弹的弹道极限最高,在速度较低时,锥头弹体对PE板所造成的破坏最大,速度增加到三种弹体都能击穿板材时,平头弹体对PE板所造成的破坏程度最大,并且平头弹侵彻时PE板所吸收的能量最大。