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(转帖)欧洲板甲的一些资料和测试结果以及和其他盔甲的对比

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一、板甲的防御力
板甲以及大部分的铁制盔甲,除了外部显而易见的铁制材料表面,在其内会有亚麻布等织物做成的衬垫,因此在讨论中,我们将铁制部分和衬垫分开各自论述。
1、铁制品的防御能力
金属盔甲的防御能力,取决于其制作完成时的厚度、外形、强度/硬度和断裂韧性(fracture toughness),从严谨的角度,我们将其划分为以下四个因素
(i) 厚度
(ii) 形状
(iii) 硬度
(iv) 含渣量
后面我们将通过实验分别研究这四个因素对金属防御能力的影响。
由于现实的限制,直接用博物馆馆藏的盔甲实物进行破坏性实验是不可能被批准的,因此我们采用间接办法,使用现代材料进行冲击实验,并通过现代材料和古代材料之间的差异来分析甲胄的防御能力。
为了尽可能与古代制品相类似,现代的冲击实验大部分都是在现代软钢[modern mild steel]和维多利亚精炼铁[“Victorian” wrought iron]这两种材料上进行。
以软钢为准,我们设定武器“击败”金属的标准为箭头穿透40mm以上,或铅弹穿透并造成一个完整的弹孔。需要注意的是,铅弹即使未穿透,但带来的盔甲变形依然会形成钝击般的效果对人体形成冲击。关于盔甲受到子弹冲击而凹陷的具体情况可以参考以下这张图片:
上面的是致命武士中胸甲VS支架三眼铳,下面的是1600J初动能的手枪VS现代札甲。


IP属地:陕西1楼2016-01-13 17:30回复
    在《骑士与风炉》的这一部分中,作者介绍了试验的一些细节。其中使用的器械如下图所示

    有些人可能对左边那玩意有点眼熟,没错,这就是探索频道-重返阿金科特里做穿甲实验的那个仪器.当然,探索频道那个节目里的试验比起本书作者所做的实验可就太简陋了.
    请注意右方的三件凶器,从上到下分别模拟的是刀刃(40mm),子弹,箭头.有些人可能对箭头有所质疑,认为偏钝,实际上那些长破甲锥主要对付的是锁甲,面对高硬度的大块甲片,短破甲锥能够保证自身不会弯曲断裂,把能量集中在破坏甲胄上.选取错误箭头的典型就是探索频道-重返阿金科特的节目.

    放在盔甲后面模拟人体的橡皮泥就是上图垫在钢板下面的那块白色物体,这东西在《流言终结者》的纸甲那一集中也有出现

    使用这橡皮泥除了模拟人体之外,主要是为了测量穿刺深度的多少.骑士与风炉里把击败盔甲定义为箭头穿透40mm(penetration of a point by 40 mm)或者一个由子弹造成的完整的穿透孔.因为钢板受到冲击不可避免的会形变,而关于这个40mm到底是指哪一段,我和弓弩达人Darsten_Huowen大人讨论过,以下两种情况均有可能,基于作者是个甲党,所以第一种的可能性较大.

    进行测试的是现代软钢,注意含碳量虽然只有0.15%,但是它的性能却是近乎中碳钢级别的,硬度达到152vph.这可能是因为钢板经过轧制,提升了一部分性能.
    含碳量和硬度的关系如下表所示

    在附录1中提到使用非铅(有可能是铁质)子弹对软钢板的射击实验.铅由于较软,实际穿透能力大概会比铁子弹稍弱,但没有试验来证实这一猜想。


    IP属地:陕西2楼2016-01-13 17:33
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      在讨论了四个因素后,我们再给出板甲时代四类甲的铁制品相关数据:
      *[1星]铁质军需盔甲例如科隆产 高渣(3%-4%),无碳,R = 120-150 kj/m2
      **[2星]低碳钢盔甲例如纽伦堡步兵甲 低渣(1%),低碳(0.3%),R = 180-210 kj/m2
      ***[3星]中碳钢盔甲例如15/16世纪的米兰甲或者1530前的格林威治甲;低渣(<1%),高碳(0.6%),R=240 to 260 kj/m2
      ****[4星]硬化(hardened)中碳钢盔甲 来自因斯布鲁克,奥格斯堡, 兰茨胡特,或格林威治(1560后)非常低渣( 0.5 %至1% ) ,高碳(0.6%) ,但碳化物表现为回火马氏体,而不是珠光体。R无法直接精确测量,但估计至少为300,可能会超过500kj/m2
      (注:R值为断裂韧性)
      在这一节中,作者把盔甲分成了四个档次,虽然主要针对的是板甲,但是由于他给出了各个档次板甲的具体属性和性能,所以我们也可以借此对其他种类的盔甲进行分类.
      从我手头有限的资料看来,古代大部分的盔甲(包括板甲)都处于*和**两个档次,比如汉代做过分析的盔甲不少,其中既有低碳钢也有熟铁.

      只有少量的盔甲能够接近***这个品质,比如罗马帝国初期的环片甲,是由中碳钢制成;西羌的瘊子甲,由于经过”三分减二”的冷锻加工,硬度可能超越中碳钢,整体性能大约正是***这个档次.此外古代的青铜甲胄,若没有经过后期处理直接铸成,防护力可能略逊于熟铁(*),但是经过良好冷锻的古希腊青铜胸甲硬度可以达到HV200+,整体性能足可与低碳钢(**)一较高下.
      如果要据身边的例子来说明四个档次的盔甲的话,*和**品质相当于我们平常会经常接触到的白铁皮. ***品质大约是不锈钢汤匙,普通铲锹这类的程度.而****品质的钢板相当于经过回火处理的菜刀,硬度可能超过500HV.


      IP属地:陕西4楼2016-01-13 17:35
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        铁甲综合冲击测试
        在讨论了各种因素对铁甲防御力的影响后,我们再以软钢为基础总结其防御能力,如下图

        从实物出发,考虑到实物材质和我们上表所用的软钢性能差距,我们需要在软钢所得到的数据上乘以一个系数,该系数则表示了这些板甲上的材料相对于软钢的性能优劣性。以下是前文所给出四种代表性的盔甲的系数,当然涉及到的因素是近似值,因为只有断裂韧性是精确测量过的.
        *铁质军需盔甲(最低品质) 系数(W) 0.5
        **低碳钢盔甲(中等品质) 系数(W) 0.75
        ***中碳钢盔甲(米兰) 系数(W) 1.1
        ****硬化(hardened)中碳钢盔甲(因斯布鲁克) 系数(W) 1.5 (估计)
        需要注意的地方是,我们上述讨论所得出的金属甲的防御能力,并不直接代表其保护人体避免伤害的能力,同样材质、同样厚度、同样角度而大小不同的钢板在数值上拥有相同的防御性能,但显然在人体的伤害上并不会完全一样,这一点将在后文论述。这里所说明的金属甲防御能力可以用于说明板甲、扎甲等以铁表面进行防御的类型,而锁子甲的防御能力我们同样会在下文说明。
        2、衬垫的防御能力
        一些试验表明刀刃需要额外的80J能量来穿透16层亚麻布制成的盔甲内衬织物,矛尖的话需要50J。
        详细请参考下面的二、其他甲胄的防御力


        IP属地:陕西5楼2016-01-13 17:35
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          4、金属甲+衬垫的综合防御效能
          在战斗中,一点轻伤是不可能阻止你的对手的,因此你大约还需要50J或60J的额外能量以便对敌人肉体造成伤害,因此我们保守的估计,在击穿金属盔甲外,为了对付衬垫和造成伤害,还需要再增加150J的能量。
          下列经验式中,E代表击败盔甲并造成伤害所需要的能量,A是攻击角度与盔甲表面法线的夹角,W是前文所述四类盔甲相对软钢的材质性能系数,T是厚度。

          这部分作者给出了一些公式,但要注意的是,这里的公式是最简化的,因为厚度对防护力的实际影响既不是T,也不是T*T,而是T的1.6次方左右,如下图所示

          通过上述的讨论,我们可以认为,在面对绝大多数威胁时,板甲都可以起到有效的保护作用,面对多数刀剑、弓箭、普通火枪时,板甲都可以提供足够的安全余量,但是在遭遇近距离射击时,依然会有被击败的可能。但是要注意,这一总结并不能区分板甲和扎甲等小片组合的金属甲,由于这二者主要区别在于面对钝击时的表现不同,因此将在进行后面讨论。


          IP属地:陕西7楼2016-01-13 17:36
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            三、关于钝击的防御
            在刀箭难以击败盔甲本身的情况下,钝击往往是造成伤害的更有效的途径,由于现在缺乏准确的不同盔甲关于钝击防御能力的测试,因此我们只能进行简单的理论讨论。
            无论是什么攻击,杀伤的核心都是将能量传递到人体,钝击也不例外。所不同的是,尖和刃会造成流血和皮肤、肌肉的撕裂,并且很容易形成对器官的重伤。而钝击则类似拳头,依靠对人体形成的压迫和振动形成伤害,当然造成伤害所需要的能量也比切割和穿刺要大得多。
            我们来看一个钝击的形成过程,这个钝击的实施者可能是锤子,也可能是一个没有成功穿甲的子弹、镐头等等东西。
            在接触盔甲的瞬间开始,盔甲会产生形变,攻击物体的动能开始转化为盔甲形变的能量(忽略摩擦等)。
            当盔甲的形变到达盔甲和人体的连接处时,人体也开始感觉到来自钝击的压力,并产生形变,这时盔甲受到钝击依然在持续变形中。
            接下来,随着盔甲变形程度的加大,被钝击物体击中的地方开始接触人体,钝击能量除了继续转化为盔甲形变的能量外也开始在攻击位置上对人体造成压力。当然,也有可能钝击能量在盔甲变形尚未达到这种程度时就消耗殆尽了。
            所以,最终钝击的能量一部分转化为了盔甲变形的能量,剩下的则传递到了人体(忽略其他损耗)。
            钝击要造成伤害,必须给予人体局部造成很大的加速度,因此能量需要足够快速的传递到人体,并在至少一个地方集中足够能量。
            首先我们来看不同甲制下能够传递到人体的能量大小不同。锁子甲和皮甲等“软质”甲本身发生形变所需要的能量相当小,几乎可以忽略(忽略锁子甲环变形)。札甲或鳞甲等软硬结合的甲制下,能量从受打击处向其他部分扩散依靠连接甲片的软质革或纺织品,通过叠压等手段,在整体硬度上可以取得比锁子甲等更好的效果。但是受打击的甲片越小,则甲片本身形变所消耗的能量也就越少,需要传递出去的能量也就越多,甲片越大,则形变能抵消的能量越多(相同材质不破裂的情况下)。板甲的完全“硬质”结构可是视如一个巨大的甲片,其形变可以消耗大量的能量。
            同时,传递到人体上的能量,一部分来自盔甲与人体的连接处,一部分来自盔甲受钝击位置的形变(假如有的话)。假如盔甲完全不变形,则钝击全部的能量都会传递到盔甲与人体的连接处,而如果盔甲变形达不到接触人体的程度,则全部钝击能量除了盔甲形变的消耗外也会全部通过连接处传递到人体。“软质”甲几乎在连接处没有任何能量的传递,而叠压的甲片等能比锁子甲传递更多能量到这些连接处。由于板甲整体相比扎甲鳞甲等更硬,所以,会有更大比例的能量从连接处传递给了人体。
            由此我们可以发现,在面对钝击时,板甲能够保证了传递到人体的能量比例最小,同时更好的分散了钝击能量到人体多个部位。所以相比其他甲制,板甲对钝击有着显而易见的防护优势。


            IP属地:陕西9楼2016-01-13 17:36
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              四、片甲们另一个弱点 札甲,鳞甲,板片衣(coat of plates)这些甲的防御都有一个难以估测的地方---甲片的连接处.虽然甲片的连接处常常会有两层甲片叠压在一起,但是这里通常是盔甲的薄弱处,上面现代札甲所做的实验已经说明了这点

              在甲片的连接处,不需要破坏整个金属面,只要把甲片边缘撕裂就能直接击败盔甲.在美军的龙鳞甲防弹衣上,甲片的连接处仍然是脆弱的.


              在此我们不妨假设甲片的连接处的防御力为正常防御力的一半.
              青堂羌善锻甲,铁色青黑,莹彻可鉴毛发,以麝皮为綇旅之,柔薄而韧。镇戎军有一铁甲,椟藏之,相传以为宝器。韩魏公帅泾、原,曾取试之。去之五十步,强弩射之,不能入。尝有一矢贯札,乃是中其钻空,为钻空所刮,铁皆反卷,其坚如此。凡锻甲之法,其始甚厚,不用火,冷锻之,比元厚三分减二乃成。其末留箸头许 不锻,隐然如瘊子,欲以验未锻时厚薄,如浚河留土笋也,谓之“瘊子甲”。今人多于甲札之背隐起,伪为瘊子。虽置瘊子,但原非精钢,或以火锻为之,皆无补于用,徒为外饰而已。
              瘊子甲的质量可能属于***品质,宋代强弩大概能提供150J的能量,根据公式,2mm瘊子甲的甲片能够抵御175*1.1=192.5J箭矢的攻击,而甲片的连接处则只能抵御192.5*0.5=96.25J.所以在用强弩试射时大部分情况下无法击穿盔甲,只有恰好射击到甲片的钻孔时,才击穿了盔甲.


              IP属地:陕西10楼2016-01-13 17:37
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                看到这个又想起冷吧的贫铀复合板甲了


                13楼2016-01-13 17:38
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                  转帖完毕,原帖地址http://tieba.baidu.com/p/2164240571?see_lz=1
                  楼主看了这个帖子觉得很不错所以转过来分享一下


                  IP属地:陕西14楼2016-01-13 17:38
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                    IP属地:广东来自Android客户端15楼2016-01-13 18:03
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                      游戏里又不出板甲,硬札和锁子才是主流


                      IP属地:江苏来自Android客户端16楼2016-01-13 18:35
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                        发板甲没啥意义,因为虎豹骑不可能出西欧板甲……中式札甲测试又太少


                        IP属地:四川来自Android客户端17楼2016-01-13 20:25
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                          居然把我收藏的神贴发上来啦冷吧吧友吧


                          IP属地:山西来自手机贴吧18楼2016-01-13 21:19
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                            我看明白了,扎甲抵抗钝器的效果要优于皮甲和布甲


                            IP属地:江苏来自Android客户端19楼2016-01-13 23:05
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