选择第3章破片侵彻合金钢靶板试验中最大质量为10.0 g的破片及第4章破片侵彻钢/纤维复合结构中的7.5 g破片进行对纤维材料板侵彻效应的数值仿真，即可获取已有合金钢板试验中最大质量破片对不同厚度复合结构侵彻的规律，同时又兼顾了破片对复合结构的试验，可为后续的复合结构优化设计提供更多的数据支撑。
4.8.2.1 7.5 g破片侵彻效应仿真
采用上述数值仿真算法、材料模型和参数针对4 mm厚合金钢分别与8 mm、10 mm、12 mm、14 mm和16 mm这5种厚度芳纶纤维和复合纤维无间隙层合复合结构，5 mm厚合金钢分别与6 mm、8 mm、10 mm、12 mm和14 mm这5种厚度芳纶纤维和复合纤维无间隙层合的复合结构进行7.5 g破片穿甲效应的数值仿真。数值仿真中，破片穿透时的图片列于表4.22中。
表4.22 7.5 g破片对不同组合方式复合结构侵彻的数值仿真
续表
同样采用两射弹弹道极限法，通过数值仿真计算获得7.5 g破片对不同组合方式钢/纤维复合结构的弹道极限速度，列于表4.23中。由表4.23中的数据可获得弹道极限速度随纤维材料板厚度的变化曲线，如图4.15所示。
表4.23 7.5 g破片对不同组合方式钢/纤维复合结构的弹道极限速度
由图4.15可见，7.5 g破片的弹道极限速度随纤维材料板厚度的增加而线性提高；并且对于同一类材料，不同厚度合金钢板拟合曲线的斜率也基本一致，只是截距不同。因此，针对4 mm和5 mm厚合金钢板与纤维材料无间隔层合而成的复合结构，根据图4.15可拟合获得7.5 g破片对合金钢与不同厚度纤维材料板无间隙层合复合结构的弹道极限速度计算式：
图4.15 弹道极限速度随纤维材料板厚度的变化（7.5 g破片）
（a）合金钢＋芳纶纤维板；（b）合金钢＋复合纤维板
（1）后置板为芳纶纤维材料板
（2）后置板为复合纤维材料板
式中，v50F为纤维板弹道极限速度，m/s；Hfk为芳纶纤维材料板厚度，mm；Hfh为复合纤维材料板厚度，mm；Hs为钢板厚度，mm。
将式（4.21）计算得到的弹道极限速度与仿真值相比，结果列于表4.24中。
表4.24 式（4.21）计算弹道极限速度与仿真值的对比
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由表4.24可见，式（4.21）计算值与仿真值的相对统计误差均在±1.3%之内，极差为2.41%，有90%（18/20）的点误差在0.5%之内，说明仿真值与式（4.21）的计算值非常接近，表明式（4.21）的计算值具有较高的准确性。
根据表4.24可计算获得不同组合方式钢/纤维复合结构的比吸收能，列于表4.25中。
由表4.25可获得合金钢板为同一厚度条件下，芳纶纤维材料和复合纤维材料背板构成无间隔层合复合结构比吸收能的对比，如图4.16所示。由图4.16可见，无论是4 mm还是5 mm合金钢板，其与芳纶纤维背板组成的钢/纤维复合结构的比吸收能要大于与复合纤维背板组成的复合结构，与试验结果具有一致性。
同时，由表4.25可获得钢/纤维复合结构比吸收能随纤维材料板厚度的变化曲线，如图4.17所示。
表4.25 不同组合方式复合结构的比吸收能（7.5 g破片）
由图4.17可见，钢/纤维复合结构的比吸收能随纤维材料板厚度的增加而线性提高，拟合曲线可获得合金钢与不同厚度纤维材料板无间隙层合复合结构比吸收能计算式。
（1）背板为芳纶纤维材料板
（2）背板为混杂纤维材料板
式中，δ为复合结构的比吸收能，J·m2/kg；Hfk为芳纶纤维材料板厚度，mm；Hfh为混杂纤维材料板厚度，mm；Hs为钢板厚度，mm。
图4.16 复合结构比吸收能的对比（7.5 g破片，无间隔层合）
（a）4 mm厚合金钢板；（b）5 mm厚合金钢板
图4.17 比吸收能随纤维材料板厚度的变化
（a）合金钢＋芳纶纤维板；（b）合金钢＋复合纤维板
4.8.2.2 10.0 g破片侵彻效应仿真
采用上述数值仿真算法、材料模型和参数对4 mm厚合金钢分别与8 mm、10 mm、12 mm、14 mm和16 mm这5种厚度芳纶和复合纤维无间隙层合复合结构，5 mm厚合金钢分别与6 mm、8 mm、10 mm、12 mm和14 mm这5种厚度芳纶和复合纤维无间隙层合的复合结构进行10.0 g破片穿甲效应的数值仿真，破片穿透时的图片列于表4.26中。
表4.26 10.0 g破片对采用不同厚度纤维材料复合结构侵彻的数值仿真
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续表
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同样采用两射弹弹道极限速度法，通过数值仿真获得10.0 g破片对不同组合方式钢/纤维复合结构的弹道极限速度，列于表4.27中。
表4.27 10.0 g破片对不同组合方式复合结构的弹道极限速度
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由表4.27可获得弹道极限速度随纤维材料板厚度的变化曲线，如图4.18所示。
图4.18 弹道极限速度随纤维材料板厚度的变化（10.0 g破片）
（a）合金钢＋芳纶纤维板；（b）合金钢＋复合纤维板
由图4.18可见，10.0 g破片的弹道极限速度随纤维材料板厚度的增加而线性提高；与7.5 g破片侵彻规律相同，不同厚度合金钢板拟合曲线的斜率也基本一致，只是截距不同。因此，根据图4.18可获得10.0 g破片对4 mm和5 mm厚合金钢板与不同厚度纤维材料板无间隙层合复合结构的弹道极限速度计算式：
（1）背板为芳纶纤维材料板
（2）背板为复合纤维材料板
式中，v50F为纤维板弹道极限速度，m/s；Hfk为芳纶纤维材料板厚度，mm；Hfh为复合纤维材料板厚度，mm；Hs为钢板厚度，mm。
将式（4.23）计算得到的弹道极限与仿真值相比，结果列于表4.28中。
表4.28 式（4.23）计算弹道极限速度与仿真值的对比
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由表4.28可见，公式计算值与仿真值的相对统计误差均在±6%之内，极差为11.06%，标准化残差值全部落在（-2，2）区间内，表明式（4.23）计算值具有一定的准确性。
根据表4.24计算可获得不同种类钢/纤维复合结构的比吸收能，列于表4.29中。
表4.29 不同组合方式复合结构的比吸收能（10.0 g破片）
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由表4.29可获得合金钢在同一厚度条件下，芳纶纤维材料和复合纤维材料背板构成复合结构比吸收能的对比，如图4.19所示。
图4.19 复合结构比吸收能的对比（10.0 g破片，无间隔层合）
（a）4 mm合金钢；（b）5 mm合金钢
由图4.19可见，无论是4 mm厚还是5 mm厚合金钢，其与芳纶背板组成的复合结构比吸收能要大于与复合纤维背板组成的复合结构，与试验结果具有一致性。
由表4.29可获得钢/纤维复合结构比吸收能随纤维材料板厚度的变化曲线，如图4.20所示。
图4.20 比吸收能随纤维材料板厚度的变化（10.0 g破片）
（a）合金钢＋芳纶纤维板；（b）合金钢＋复合纤维板
由图4.20可见，纤维材料比吸收能随纤维材料板厚度增加而线性提高。根据图4.20可获得合金钢与不同厚度纤维材料板无间隙层合复合结构比吸收能计算式。
（1）背板为芳纶纤维材料板
（2）背板为复合纤维材料板
式中，δ为复合结构的比吸收能，J·m2/kg；Hfk为芳纶纤维材料板厚度，mm；Hfh为混杂纤维材料板厚度，mm；Hs为钢板厚度，mm。
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