2O世紀70年代以來，復合材料開始在防護過程中大量使用。纖維增強復合材料由于具有輕質高強和高沖擊損傷容限等優點，在航空航天、人體、車輛以及艦船重要艙室等防護領域受到了研究人員的青睞，并得到了越來越廣泛的應用。子彈與復合材料作用過程中發生侵徹，表現出了多種不同的破壞模式，如纖維的拉伸斷裂、層合板的分層、纖維和樹脂的脫粘及材料產生的背凸等。彈體動能就是在這些破壞中被逐漸消耗，從而達到了防彈的效果。本文針對彈道沖擊下子彈與復合材料的作用機理和破壞模式展開了分析，并根據子彈與復合材料在不同階段的作用機理對當前國內外防彈復合材料的結構設計進行了研究。此外，影響復合材料防彈性能的因素很多，其中主要包括增強體、基體、界面和梯度結構等因素。對此，本文探討了包括天然纖維在內的纖維種類、織物組織結構、面密度、基體的性能、含量、纖維與樹脂間界面性能以及梯度結構設計等因素對防彈性能的影響。
1彈體與防彈復合材料的作用機理
1．1應力波的傳播機理
應力波是應力和應變擾動的傳播形式，在可變形固體介質中機械擾動表現為質點速度和相應的應力、應變狀態的變化。在彈道沖擊中，子彈與靶板接觸的瞬間產生的應力波以兩個方向傳播，一是以連續的脈沖沿纖維的軸向傳播，受到沖擊的纖維通過基體樹脂及交錯點的相互作用，應力波在很多纖維上擴散開來；二是應力波的沿靶板縱向傳播，應力波在靶板的織物和基體界面及靶板自由面之間產生連續反射，使壓力變成拉應力。
研究發現，應力波在兩種不同的材料中傳播時，當傳至兩種材料的界面會產生入射波和反射波口]，而且應力波在產生塑性變形的材料中的傳遞較在彈性變形材料中的傳遞規則許多。應力波在纖維中傳播速度主要取決于纖維的楊氏模量I5及其在復合材料中的狀態。一般，材料的模量越高，質量越低，應力波傳播的速度越快。關于纖維形態對應力波傳播速度的影響，陳利民_6通過對Kevlar一29和尼龍66織物研究，認為織物中的纖維若存在交迭點或縐縮會使應力波產生反射，影響應力波在其中傳播(如圖1)。表1為應力波在幾種自由纖維(皺縮率為0的纖維)和織物中的傳播速度，從表中可以看出，纖維模量越高，應力波的傳播速度就越快，自由纖維傳播應力波的能力明顯高于經向纖維和緯向纖維。因此，在防彈復合材料的設計中，需兼顧纖維的力學性能及纖維在織物中的狀態。
1．2高速沖擊下復合材料吸能方式及破壞模式
防彈復合材料吸能方式主要包括：纖維的變形、纖維的拉伸斷裂、分層、基體開裂、材料的剪切破壞、彈體與復合材料的摩擦和“背凸”的形成等。吸能較多的為材料的分層、纖維的拉伸斷裂及基體開裂，其他方式則相對較少。其中材料的分層主要取決于復合材料的結構設計，纖維的斷裂主要取決于纖維強度，而基體的開裂主要取決于所選基體的性能。
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