Ballistic resistance tests of multi-layer protective panels

• Autorzy: Godzimirski J. , Janiszewski J. , Rośkowicz M. , Surma Z.

Warianty tytułu

PL

Badania odporności na przebicie osłon o strukturze wielowarstwowej

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Modern light-weight ballistic amours are usually multi-layer structures with low density. The aim of the study was to evaluate the possibility of using multi-layer structures for lightweight armour systems which may be applied as bulletproof ballistic panels of combat helicopters and other lightweight military equipment. The tested multi-layer structures were prepared on the basis of aramid fabrics, thin sheets of 2024-T3 aluminium alloy and Al2O3 and SiC ceramics. Additionally, the influence of adhesive connections between the components of the ballistic panels on their protective properties has been assessed. Absorbing energy of a spherical projectile was determined with the use of a laboratory stand consisted of a one-stage helium gas gun and a digital high speed camera. A penetration study on the selected multi-layer panels was also carried out with the use of Parabellum ammunition. It has been shown that the laminated structures composed of thin layers of metal and aramid fabric indicate a lower absorb energy-to-composite basic weight ratio than analogues ratios for metal sheets or fabrics used to produce laminated structures. Similarly, the sandwiches of loose aramid fabrics demonstrate greater ballistic resistance compared to the polymer composites made of such fabrics. There has been also demonstrated the desirability of the use of a ceramic component as a separate layer in which ceramic segments are glued between two layers of a thin metal sheet.

PL

Współczesne lekkie osłony balistyczne są zwykle strukturami wielowarstwowymi o małej gęstości. Celem badań była ocena możliwości zastosowania struktur wielowarstwowych na lekkie pancerze, mogące znaleźć zastosowanie jako kuloodporne osłony balistyczne śmigłowców bojowych i innego lekkiego sprzętu wojskowego. Badane materiały przygotowano na bazie tkanin aramidowych, cienkich blach ze stopu aluminium 2024-T3 oraz ceramiki typu Al2O3 i SiC. Dodatkowo oceniono wpływ zastosowania połączeń adhezyjnych pomiędzy komponentami osłon balistycznych na ich właściwości ochronne. Określono energię przebijania osłon wykorzystując do tego celu stanowisko zbudowane na bazie działa helowego oraz szybkiej kamery. Wykonano również próby przebicia wytypowanych osłon pociskiem naboju Parabellum. Wykazano, że klejone struktury złożone z cienkich warstw metalowych i tkanin aramidowych charakteryzuje mniejsza odporność na przebicie odniesiona do ich gramatury niż blach metalowych i tkanin, z których były wytwarzane. Również pakiety luźnych tkanin aramidowych cechuje większa odporność na przebicie w porównaniu z kompozytami polimerowymi wytworzonymi z takich tkanin. Wykazano celowość stosowania komponentu ceramicznego w postaci oddzielnego pakietu,w którym płytki ceramiki wklejone są pomiędzy dwie warstwy cienkiej blachy.

Słowa kluczowe

EN

ballistic tests; terminal ballistics; multi-layer armour; penetration resistance

PL

badania balistyczne; balistyka końcowa; pancerze wielowarstwowe; odporność na przebicie

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 17, no. 3
• Strony: 416--421
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Godzimirski J.

• Military University of Technology Faculty of Mechatronics and Aviation ul. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw, Poland

autor

Janiszewski J.

• Military University of Technology Faculty of Mechatronics and Aviation ul. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw, Poland

autor

Rośkowicz M.

• Military University of Technology Faculty of Mechatronics and Aviation ul. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw, Poland

autor

Surma Z.

• Military University of Technology Faculty of Mechatronics and Aviation ul. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Arias A, López-Puente J, Navarro C, Zaera R. The effect of the thickness of the adhesive layer on the ballistic limit of ceramic/metal armours. An experimental and numerical study. International Journal of Impact Engineering 2005; 32: 321-336, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2005.07.014.
• 2. Atiq S, Boccaccini A R, Boccaccini D N, Dlouhy I, Kaya C. Fracture behaviour of mullitefibre reinforced-mullitematrix composites under quasi-static and ballistic impact loading. Composites Science and Technology 2005; 65: 325-333, http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2004.08.002.
• 3. Bansal S, Krishnan K, Rajan S D, Sockalingam S. Numerical simulation of ceramic composite armor subjected to ballistic impact. Composites: Part B 2010; 41: 583-593, http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2010.10.001.
• 4. Bell W C, Grujicic M, Pandurangan B. Design and material selection guidelines and strategies for transparent armor systems. Materials and Design 2012; 34: 808-819, http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2011.07.007.
• 5. Bogetti T A, Cheeseman B A. Ballistic impact into fabric and compliant composite laminates. Composite Structures 2003; 61: 161-173, http://dx.doi.org/10.1016/S0263-8223(03)00029-1.
• 6. Bogetti T A, Fink B K, Gama B A, et al. Aluminium foam integral armor: a new dimension in armor design. Composite Structures 2001; 52: 381-395, http://dx.doi.org/10.1016/S0263-8223(01)00029-0.
• 7. Bojar Z, Dolata-Groszc A, Formanek B, Jóźwiak S, Szczucka-Lasota B. Intermetallic alloys with oxide particles and technological concept for high loaded materials. Journal of Materials Processing Technology - J MATER PROCESS TECHNOL 2005; 162:46-51.
• 8. Cheesemanb B A, Grujicic M, Hea T, Pandurangana B, Randow C L, Yenb C F. Computational investigation of impact energy absorption capability of polyuria coatings via deformation-induced glass transition. Materials Science and Engineering A 2010; 527: 7741-7751, http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2010.08.042.
• 9. Ching T W, Tan V B C. Computational simulation of fabric armour subjected to ballistic impacts. International Journal of Impact Engineering 2006; 32: 1737-1751, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2005.05.006.
• 10. Dekel E, Rosenberg Z. Terminal Ballistics. Springer-Verlag. Berlin Heidelberg 2012.
• 11. D'entremont B, Grujicic M, Pandurangan B. The role of adhesive in the ballistic/structural performance of ceramic/polymer-matrix composite hybrid armor. Materials and Design 2012; 41: 380-393, http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2012.05.023.
• 12. Deshpande V S, Fleck N A, Karthikeyan K, Russell B P, Wadley H N G. The effect of shear strength on the ballistic response of laminated composite plates. European Journal of Mechanics A/Solids 2013; 42: 35-53, http://dx.doi.org/10.1016/j.euromechsol.2013.04.002.
• 13. Ekici B, Hartomacioglu S, Kilic N. Determination of penetration depth at high velocity impact using finite element method and artificial neural network tools. Defence Technology 2015: 1-13 (in press).
• 14. Falzon B G, Iannucci L, Yong M. Efficient modelling and optimisation of hybrid multilayered plates subject to ballistic impact, International Journal of Impact Engineering 2010; 37: 605-624, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2009.07.004.
• 15. Fernández-Fdz D, Zaera R. A new tool based on artificial neural networks for the design of lightweight ceramic-metal armour against high-velocity impact of solids. International Journal of Solids and Structures 2008, 45: 6369-6383, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2008.08.009.
• 16. Fragiadakis D, Gamache R M, Roland C M. Elastomer - steel laminate armor, Composite Structures 2010; 92: 1059-1064, http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2009.09.057.
• 17. Hall I W, Tasdemirci A. Development of novel multilayer materials for impact applications: A combined numerical and experimental approach, Materials and Design 2009; 30: 1533-1541, http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2008.07.054.
• 18. Hazell P J. Ceramic Armour: Design and Defeat Mechanisms. Argos Press. Canberra 2006.
• 19. Javadpour G, Shokrieh M. Penetration analysis of a projectile in ceramic composite armor. Compos. Struct 2008; 82 (2): 269-276, http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2007.01.023.
• 20. Mendis P, Mohotti D, Ngo T, Raman S N. Polyurea coated composite aluminium plates subjected to high velocity projectile impact. Materials and Design 2013; 52: 1-16, http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2013.05.060.
• 21. Płonka B, Senderski J, Wiśniewski A, Witkowski Z. Wielowarstwowe metalowo-ceramiczne pasywne pancerze dla helikopterów i pojazdów specjalnych. Problemy Techniki Uzbrojenia 2011; 40: 57-64.
• 22. Sánchez-Gálvez V, Zaera R. Analytical modelling of normal and oblique ballistic impact on ceramic/metal lightweight armours. Int. J. Impact Eng. 1998; 21 (3): 133-148, http://dx.doi.org/10.1016/S0734-743X(97)00035-3.
• 23. Wiśniewski A. Pancerze - budowa, projektowanie i badanie. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne. Warszawa 2001.