爆炸冲击波会对装甲结构造成极大程度的损伤,因此抗爆能力一直作为装甲结构主要的战术技术指标。随着复合装甲结构的快速发展,近些年聚脲在复合装甲结构上的应用是广大科研人员研究的重要方向。本文以聚脲装甲抗爆结构设计方法为研究对象,从不同角度着手研究,得出了影响结构响应和抗爆能力的因素,并在不同情况下针对这些因素进行了详细分析,得出了它们对抗爆能力的影响及其与结构响应之间的关系。最后尝试提出了聚脲装甲结构的设计方法及主要流程,可为聚脲装甲结构的设计工作提供一定的参考价值和技术支撑。本文的主要的研究工作和结论可归纳为以下几项:(1)基于理论解析由外界环境到内部机制的方向着手,分析板结构在爆炸冲击波作用下的动态响应和应力波在复合结构中的传播,得出了几个跟复合结构抗爆能力和动力响应相关的因素,得到结论:复合结构的组合样式和厚度是影响结构抗爆能力和动力响应的内在因素,药量或爆距是影响结构动力响应的外在因素。(2)检验Autodyn软件数值仿真方式的可行性和有效性。从三个方向分别对爆炸冲击波、钢结构和聚脲-钢复合结构的爆炸响应情况进行了数值模拟,然后参考理论公式或实验数据与之比较,所得数值结果误差均在10%左右,证明了Autodyn软件适合用于本文研究工作,材料参数和数值模拟过程表现出较好的准确性和真实性。(3)借助数值仿真手段模拟了复合结构在冲击波下的损伤过程,从不同结构样式、介质层数量两个方向出发,研究了不同复合结构类型的抗爆能力,得到以下结论:(1)对于结构的不同样式,聚脲层在复合结构中处于迎爆面的位置时,结构的抗爆能力要低一些,处于相对迎爆面靠后的位置时,结构的抗爆能力更高。对于结构样式来说,BB式和JX式结构的抗爆能力相对较好,而SM式和YB式结构稍弱一些。四种基本结构样式按照抗爆能力自高向低排列依次为:JX、BB、SM、YB。(2)在一定程度上,增加介质层数对增强结构的抗爆能力有所帮助。但介质层数过多,结构的抗爆能力没有显著的提高,有的结构甚至造成了严重的损伤。在介质层数不高于四层的状态下,整体结构体现出比较高的抗爆能力。(4)针对相同面密度的条件和聚脲层厚度和冲击波强弱程度这两个因素,对BB和JX结构进行了数值模拟,得到以下结论:(1)在面密度相同的条件下,与纯钢结构相比,BB结构的抗爆能力没有明显的增强,JX式结构对提高结构的抗爆能力有所帮助。另外当JX结构的迎背面钢结构厚度一致时,结构的抗爆能力较好。JX的迎爆面钢结构厚度可适当增加,并且不宜过薄,背面钢结构不宜过厚。两种结构样式下的聚脲层厚度均不宜过大。(2)对于聚脲层厚度,复合结构的响应与聚脲层厚度之间存在一个线性的关系,其关系为:A随着?的增加而线性减小。在一定程度下,随着聚脲层厚度的增加,结构的抗爆能力也相应的提高,但是过厚的聚脲层对于提高抗爆能力没有帮助。BB、JX两种样式结构抗爆能力最优化时,聚脲层的厚度均为12 mm。(3)对于复合结构的响应与冲击波强度之间的关系,随着冲击波超压的增加,结构响应程度增加的范围逐渐变大,对结构造成的损伤更大,结构变形的挠度与冲击波超压极值之间的关系可由一个三次多项式的函数来表达。(5)尝试性的总结了聚脲装甲结构设计方法,可采用以下流程来进行结构设计:(1)爆炸冲击波载荷的确定;(2)防护性能等级和防护安全准则的确定;(3)结构设计方案及参数确定;(4)不同介质层间的连接处理;(5)数值模拟或试验的校核验证。