一种变曲率凯夫拉防弹头盔制造技术

本发明专利技术公开了一种变曲率凯夫拉防弹头盔，属于穿戴式防护装备技术领域。本发明专利技术公开的防弹头盔包括前端曲线结构和后端曲线结构，后端曲线结构和标准头盔的后端标准曲线结构相同，保证所述头盔整体宽度、长度、椭圆弧圆心位置和长轴长度不变，降低短轴长度提高头盔前端曲线结构的曲率，使得前端曲线结构的曲率大于后端曲线结构的曲率；前端曲线结构和后端曲线结构的连接处用切线圆弧平滑过渡。另外本发明专利技术防弹头盔采用多层凯夫拉纤维交错铺层结构。本发明专利技术头盔不增加重量的同时增强了头盔的防弹能力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种变曲率凯夫拉防弹头盔


[0001]本专利技术属于穿戴式防护装备
，更具体地，涉及一种变曲率凯夫拉防弹头盔。

技术介绍

[0002]防弹头盔是能吸收和耗散弹头能量、阻止穿透、减轻钝伤并有效保护人体头部的装备。随着科技的进步，用于防弹头盔的材料从厚重的钢材逐步转变为缓冲性能良好的轻质材料。1997年，我国将芳纶纤维用于防弹头盔，不仅大幅减轻了防弹头盔的重量，在防弹效果上也有很大提升。但是，目前对于提升防弹头盔性能方面的研究大多集中在改善材料方面，防弹头盔的结构改进相对较少。因此，通过设计新型结构提升防弹头盔的性能是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种变曲率凯夫拉防弹头盔，其目的在于提高防弹头盔的正面防护能力。
[0004]为实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种变曲率凯夫拉防弹头盔，所述头盔包括凯夫拉防弹层，所述头盔基于标准头盔改进得到，所述头盔的后端曲线结构和标准头盔的后端曲线结构相同；保证所述头盔整体宽度、长度、椭圆弧圆心位置和长轴长度不变，降低短轴长度用于提高头盔前端曲线结构的曲率，使所述头盔前端曲线结构的曲率大于标准头盔前端曲线结构的曲率。
[0005]优选的，所述头盔前端曲线结构的曲率半径取值范围为：25.35mm
‑
45.07mm。
[0006]优选的，所述头盔前端曲线结构的最优曲率半径为25.35mm。
[0007]优选的，所述凯夫拉防弹层由多层凯夫拉纤维层堆叠组成，相邻凯夫拉纤维层纤维方向差值的取值范围为[45
°
，90
°
]。
[0008]优选的，层间相邻凯夫拉纤维层的最佳纤维方向为45
°
和
‑
45
°
。
[0009]优选的，其特征在于，所述凯夫拉纤维层间采用环氧树脂粘合剂粘接。
[0010]优选的，所述前端曲线结构和所述后端曲线结构的连接处用切线圆弧平滑过渡。
[0011]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0012](1)本专利技术防弹头盔前端大曲率结构可以使来袭子弹发生偏转，以“跳弹”的方式消耗子弹动能，且前端的凸起使得头盔与头部留有一定的空隙，当头盔被子弹撞击发生变形时，头盔内测变形凸起部分不会直接接触头部，避免了头部被钝击，从而形成有效保护，降低头部受伤概率；
[0013](2)本专利技术防弹头盔采用密度低、强度高、韧性好的凯夫拉材质制成，并结合45
°
和
‑
45
°
交替铺层设计，45
°
和
‑
45
°
铺层组合相邻两层之间应力分布面积形成互补，可以利用全部面积分散能量，有效避免应力累积，提升防护能力进一步提高断裂韧性，在不增加重量
的同时增强了头盔的防弹能力；
[0014](3)本专利技术采用数值模拟方法，验证了头盔的曲率结构和凯夫拉铺层结构对于提高头盔防弹性能的有效性，揭示了大曲率结构和凯夫拉铺层结构的防弹机理。
附图说明
[0015]图1是头盔曲率改变后轮廓曲线；
[0016]图2是变曲率凯夫拉防弹头盔模型和凯夫拉纤维铺层角度示意图；
[0017]图3为不同曲率头盔子弹剩余速度变化曲线和不同铺层角度对子弹剩余速度的影响；
[0018]图4是不同曲率头盔损伤图；
[0019]图5是不同曲率头盔的中弹时间
‑
子弹速度关系；
[0020]图6是不同曲率头盔的中弹时间
‑
子弹加速度关系；
[0021]图7是不同曲率头盔中弹后头盔背凸高度变化曲线；
[0022]图8是不同铺层组合应力分布云图。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0024]第一步、变曲率头盔建模；
[0025]A.变曲率头盔是在标准头盔的基础上，改变了头盔前端的曲率。头盔前端用一段椭圆曲线代替，通过调整椭圆短半轴长度即可得到不同曲率的头盔模型，标准头盔椭圆部分短半轴长为102mm，长半轴长为142mm，变曲率头盔模型分别将短半轴长度设为90mm、80mm、70mm和60mm，长半轴长度不变；将五种头盔依次编号为：TKG_102、TKG_90、TKG_80、TKG_70和TKG_60，头盔短半轴长度与曲率半径的关系如表1所示。
[0026]表1头盔短半轴长度与曲率半径的关系
[0027][0028]以短半轴长60mm的TKG_60头盔为例，修改短半轴的作图步骤为：将椭圆圆弧短半轴由102mm修改为60mm，在前后两部分曲线之间用半径为40mm的相切圆弧过渡处理，如图1中所示；
[0029]第二步、凯夫拉铺层结构建模；
[0030]变曲率防弹头盔铺层模型如图2中(a)所示。
[0031]所述的变曲率头盔模型是利用SolidWorks软件实现的。
[0032]A.凯夫拉层数和单层厚度：根据国标头盔厚度，本实施例中头盔由8层单层厚度为1mm的凯夫拉纤维组成。
[0033]B.铺层角度：本实施例中凯夫拉纤维采用45
°
/
‑
45
°
交替铺层。
[0034]凯夫拉铺层角度如图2中(b)所示。
[0035]所述的凯夫拉铺层结构是利用Ansys Mechanical APDL软件实现的。
[0036]第三步、仿真模拟；
[0037]A.应用CAE仿真模拟技术对五组不同曲率的防弹头盔进行9mm子弹侵彻模拟，子弹初始速度大小设置为650m/s。调整头盔曲率和凯夫拉纤维铺层角度，直到获得防弹效果最佳的头盔曲率和铺层角度的组合。仿真模拟的结果如图3和图4所示，由模拟结果可知：曲率结构可以使子弹发生偏转，TKG_90和TKG_102头盔被击穿，子弹剩余速度分别为181m/s和130m/s左右；TKG_60、TKG_70和TKG_80头盔均未被击穿且子弹发生了偏转，TKG_60头盔的损伤最小。综上诉述，TKG_60头盔与凯夫拉纤维铺层角度为45
°
/
‑
45
°
的组合防弹效果最佳。
[0038]所述仿真模拟是基于Lagrange法利用Ansys/LS
‑
DYNA求解器完成的。
[0039]第四步、结果分析；
[0040]由于TKG_90和TKG_102头盔均被穿透，其防护效果显然不如TKG_60、TKG_70和TKG_80头盔，因此下面将重点分析TKG_本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变曲率凯夫拉防弹头盔，所述头盔包括凯夫拉防弹层，其特征在于，所述头盔基于标准头盔改进得到，所述头盔的后端曲线结构和标准头盔的后端曲线结构相同；保证所述头盔整体宽度、长度、椭圆弧圆心位置和长轴长度不变，降低短轴长度用于提高头盔前端曲线结构的曲率，使所述头盔前端曲线结构的曲率大于标准头盔前端曲线结构的曲率。2.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述头盔前端曲线结构的曲率半径取值范围为：25.35mm
‑
45.07mm。3.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述头盔前端曲线结构的最优曲率半径为25.35mm。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，赵云，岳辰，赵丽滨，胡宁，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：