Modelowanie numeryczne i analiza kuloodporności wielowarstwowych pakietów wykonanych z włókien paraaramidowych

Justyna DOMINIAK; Justyna DOMINIAK

Pobierz

Ta publikacja jest chroniona prawem autorskim. Dostęp do jej cyfrowej wersji jest możliwy po zalogowaniu.

Tytuł: Modelowanie numeryczne i analiza kuloodporności wielowarstwowych pakietów wykonanych z włókien paraaramidowych ; Modelowanie numeryczne i analiza kuloodporności wielowarstwowych pakietów wykonanych z włókien paraaramidowych

Abstrakt:

Dobór odpowiedniej liczby warstw tekstylnego pakietu balistycznego, tak aby spełnić wymagane kryteria bezpieczeństwa stosownie do przyjętej klasy kuloodporności, realizowany jest głównie w oparciu o badania eksperymentalne w tunelu balistycznym z użyciem znormalizowanego podłoża. W pracy przedstawiono podejście doboru odpowiedniej liczby warstw pakietu poprzez modelowanie zjawiska uderzenia pocisku w pakiet balistyczny metodą elementów skończonych, co pozwala na ograniczenie zakresu badań eksperymentalnych. W przeprowadzonych badaniach analizowano metodą elementów skończonych uderzenie pocisku Parabellum 9 x 19 mm FMJ, składającego się z ołowianego rdzenia i płaszcza, w wielowarstwowy pakiet balistyczny złożony z tkanin paraaramidowych Twaron CT709. W pierwszym etapie badań, w celu doboru parametrów modelu pocisku, analizowano jego deformację wyznaczoną symulacyjnie i eksperymentalnie podczas uderzenia z różną prędkością w nieodkształcalną płytę. W następnym etapie, w celu doboru i weryfikacji parametrów modelu materiałowego tkaniny paraaramidowej Twaron CT709, wyznaczano symulacyjnie przy prędkości uderzenia pocisku 366 m/s wysokość stożka odkształcenia w pakietach tekstylnych o różnej liczbie warstw i prędkość resztkową po przejściu pocisku przez pakiet. Rezultaty tych badań weryfikowano następnie z publikowanymi wynikami badań eksperymentalnych. Ostatni etap badań symulacyjnych polegał na ocenie kuloodporności wielowarstwowych pakietów złożonych tkanin paraaramidowych Twaron CT709 podczas uderzenia pocisku Parabellum 9 x 19 mm z różnymi prędkościami. Przeprowadzono symulacje komputerowe uderzenia pocisku w pakiet balistyczny składający się z 8, 12, 16, 20 i 24 warstw dla zakresu prędkości uderzania 300-460 m/s, obejmującego klasy kuloodporności II-A, II i III-A. W wyniku przeprowadzenia badań uzyskano zweryfikowane eksperymentalnie modele materiałowe dla pocisku Parabellum 9  19 mm FMJ i tkaniny paraaramidowej Twaron CT709. Badania symulacyjne wielowarstwowych pakietów wykazały, że ich kuloodporność zależy od liczby warstw tkanin oraz prędkości uderzenia pocisku. Stwierdzono, że klasa kuloodporności II-A jest spełniona dla pakietu złożonego przynajmniej z 10 warstw tkaniny Twaron CT709. W przypadku klasy kuloodporności II, pakiet musi być złożony przynajmniej z 12 warstw, a w przypadku klasy kuloodporności III-A – przynajmniej z 16 warstw. Taka konfiguracja warstw dla poszczególnych klas kuloodporności zapewnia nieprzestrzelenie pakietu i maksymalną poprzeczną deformację mniejszą niż 44 mm.
; Dobór odpowiedniej liczby warstw tekstylnego pakietu balistycznego, tak aby spełnić wymagane kryteria bezpieczeństwa stosownie do przyjętej klasy kuloodporności, realizowany jest głównie w oparciu o badania eksperymentalne w tunelu balistycznym z użyciem znormalizowanego podłoża. W pracy przedstawiono podejście doboru odpowiedniej liczby warstw pakietu poprzez modelowanie zjawiska uderzenia pocisku w pakiet balistyczny metodą elementów skończonych, co pozwala na ograniczenie zakresu badań eksperymentalnych. W przeprowadzonych badaniach analizowano metodą elementów skończonych uderzenie pocisku Parabellum 9 x 19 mm FMJ, składającego się z ołowianego rdzenia i płaszcza, w wielowarstwowy pakiet balistyczny złożony z tkanin paraaramidowych Twaron CT709. W pierwszym etapie badań, w celu doboru parametrów modelu pocisku, analizowano jego deformację wyznaczoną symulacyjnie i eksperymentalnie podczas uderzenia z różną prędkością w nieodkształcalną płytę. W następnym etapie, w celu doboru i weryfikacji parametrów modelu materiałowego tkaniny paraaramidowej Twaron CT709, wyznaczano symulacyjnie przy prędkości uderzenia pocisku 366 m/s wysokość stożka odkształcenia w pakietach tekstylnych o różnej liczbie warstw i prędkość resztkową po przejściu pocisku przez pakiet. Rezultaty tych badań weryfikowano następnie z publikowanymi wynikami badań eksperymentalnych. Ostatni etap badań symulacyjnych polegał na ocenie kuloodporności wielowarstwowych pakietów złożonych tkanin paraaramidowych Twaron CT709 podczas uderzenia pocisku Parabellum 9 x 19 mm z różnymi prędkościami. Przeprowadzono symulacje komputerowe uderzenia pocisku w pakiet balistyczny składający się z 8, 12, 16, 20 i 24 warstw dla zakresu prędkości uderzania 300-460 m/s, obejmującego klasy kuloodporności II-A, II i III-A. W wyniku przeprowadzenia badań uzyskano zweryfikowane eksperymentalnie modele materiałowe dla pocisku Parabellum 9  19 mm FMJ i tkaniny paraaramidowej Twaron CT709. Badania symulacyjne wielowarstwowych pakietów wykazały, że ich kuloodporność zależy od liczby warstw tkanin oraz prędkości uderzenia pocisku. Stwierdzono, że klasa kuloodporności II-A jest spełniona dla pakietu złożonego przynajmniej z 10 warstw tkaniny Twaron CT709. W przypadku klasy kuloodporności II, pakiet musi być złożony przynajmniej z 12 warstw, a w przypadku klasy kuloodporności III-A – przynajmniej z 16 warstw. Taka konfiguracja warstw dla poszczególnych klas kuloodporności zapewnia nieprzestrzelenie pakietu i maksymalną poprzeczną deformację mniejszą niż 44 mm.