Charakterystyka dodatkowego pancerza z perforowanych płyt ze stali nanobainitycznej spełniającego wymagania 3. poziomu ochrony balistycznej wg STANAG 4569

• Autorzy: Garbarz Bogdan , Marcisz Jarosław , Jelec Marek , Starczewski Lech , Gmitrzuk Michał , Szkudelski Szymon , Borowski Jacek

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.0833

Warianty tytułu

EN

Characteristics of the add-on armour made of perforated nanobainitic steel plates fulfilling requirements of the 3-rd level of ballistic protection according to STANAG 4569

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Artykuł zawiera wyniki testów balistycznych i badań materiałowych dodatkowego opancerzenia w postaci panelu składającego się wyłącznie z dwóch płyt perforowanych ze stali nanobainitycznej, przeznaczonego do ochrony pancerza podstawowego przed ostrzałem małokalibrowymi pociskami karabinowymi w zakresie poziomu trzeciego w warunkach ostrzału wielokrotnego zgodnie z wymaganiami STANAG 4569. Do wytworzenia płyt perforowanych zastosowano stal nanobainityczną o następujących właściwościach mechanicznych: twardość 565-600 HBW, Rp0,2 > 1300 MPa, Rm > 2000 MPa. Na podstawie skorelowania miejsc uderzenia pocisków z rodzajem uszkodzeń stwierdzonych w płytach perforowanych i śladów na powierzchni płyty litej, zidentyfikowano krytyczne miejsca na płytach perforowanych o potencjalnie najmniejszej odporności balistycznej. Opracowano modyfikację konstrukcji dwupłytowego panelu z perforowanych płyt ze stali nanobainitycznej w celu uzyskania pełnej ochrony pancerza zasadniczego przed wielokrotnym ostrzałem prostopadłym pociskami przypisanymi do trzeciego poziomu ochrony wg STANAG 4569.

EN

The paper contains results of ballistic tests and material investigations on add-on armour in form of a panel composed only of two perforated plates made of nanobainitic steel and intended to protect the base armour against firing with small arms ammunition under multi-hit conditions relating to the third level of protection of STANAG 4569. Perforated plates were manufactured using nanobainitic steel characterised by hardness within the range of 565 HBW to 600 HBW, Rp0.2 > 1300 MPa and Rm > 2000 MPa. Based on the correlation of places where bullets hit the perforated plate with types of damage found in the perforated plates, and with traces located on the surface of the solid plate, critical areas characterised by a potentially lowest ballistic resistance were identified. A modification of the two-plate panel design made of nanobainitic perforated plates was developed to provide full protection of base armour against multi-hit perpendicular firing with ammunition assigned to the third level of protection of STANAG 4569.

Słowa kluczowe

PL

dodatkowe opancerzenie; płyty perforowane; stal nanobainityczna; testy balistyczne

EN

add-on armour; perforated plates; nanobainitic steel; ballistic tests

• Wydawca: Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia
• Czasopismo: Problemy Techniki Uzbrojenia
• Rocznik: 2025
• Tom: R. 54, z. 172
• Strony: 45--76
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Garbarz Bogdan

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Górnośląski Instytut Technologiczny

• https://orcid.org/0000-0002-8090-2738

autor

Marcisz Jarosław

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Górnośląski Instytut Technologiczny

• https://orcid.org/0000-0002-0001-2197

autor

Jelec Marek

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Górnośląski Instytut Technologiczny

autor

Starczewski Lech

• Wojskowy Instytut Techniki Pancernej i Samochodowej

• https://orcid.org/0000-0003-3492-2444

autor

Gmitrzuk Michał

• Wojskowy Instytut Techniki Pancernej i Samochodowej

autor

Szkudelski Szymon

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Poznański Instytut Technologiczny

autor

Borowski Jacek

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Poznański Instytut Technologiczny

Bibliografia

• [1] S. Balos, V. Grabulov, L. Sidjanin, M. Pantic, I. Radisavljevic: Geometry, mechanical properties and mounting of perforated plates for ballistic application. Materials and Design 31 (2010) 2916–2924
• [2] B. Mishra, B. Ramakrishna, P. K. Jena, K. Siva Kumar, V. Madhu, N.K. Gupta: Experimental studies on the effect of size and shape of holes on damage and microstructure of high hardness armour steel plates under ballistic impact. Materials and Design 43 (2013) 17–24
• [3] I. Radisavljevic, S. Balos, M. Nikacevic, L. Sidjanin: Optimization of geometrical characteristics of perforated plates. Materials and Design 49 (2013)81–89
• [4] A. Wiśniewski, P. Żochowski: Add-on passive armour for light armoured vehicles protection. Is-sues of Armament Technology 42 (2013), nr 125, 17-24
• [5] N. Kilic, S. Bedir, A. Erdik, B. Ekici, A. Tasdemirci, M. Güden: Ballistic behavior of high hardness perforated armor plates against 7.62 mm armor piercing projectile. Materials and Design 63 (2014) 427–438
• [6] W. Stępniak, W. Habaj, P. Podgórzak: Pancerze perforowane. Problemy Mechatroniki, Uzbroje-nie, Lotnictwo, Inżynieria Bezpieczeństwa. 5, 1 (15), 2014, 59-70
• [7] N. Kilic, B. Ekici, S. Bedir: Optimization of high hardness perforated steel armor plates using finite element and response surface methods. Mechanics of Advanced Materials and Structures, 24:7, 615-624, DOI: 10.1080/15376494.2016.1196771
• [8] S. Balos, D. Howard, A. Brezulianu, D. L. Zlatanović: Perforated Plate for Ballistic Protection-A Review. Metals 2021, 11, 526
• [9] W. Hao, P. Zhang, J. Xie, M. Hou, Z. Wang, X. Bai: Investigation of impact performance of perforated plates and effects of the perforation arrangement and shape on failure mode. Engineer-ing Failure Analysis 140 (2022) 106638
• [10] W. Burian, J. Marcisz, L. Starczewski, M. Wnuk: A Probabilistic Model of Optimising Perforated High-Strength Steel Sheet Assemblies for Impact-Resistant Armour Systems. Problems of Mech-atronics, Armament, Aviation, Safety Engineering 2017, 8, 1 (27), 71-88
• [11] T. Fras, A. Murzyn, P. Pawlowski: Defeat mechanisms provided by slotted add-on bainitic plates against small-calibre 7.62mm AP projectiles. International Journal of Impact Engineering, 103 (2017)241-253
• [12] W. Burian, P. Żochowski, M. Gmitrzuk, J. Marcisz, L. Starczewski, B. Juszczyk, M. Magier: Protection effectiveness of perforated plates made of high strength steel. International Journal of Impact Engineering 2019, 126, 27–39
• [13] B. Garbarz, J. Marcisz, W. Burian, A. Kowalski, J. Borowski, S. Szkudelski, M. Walicki, K. Zając: Methods to Increase the Protective Effectiveness of Additional Armour from Perforated Sheets of Ultra-High-Strength Nanobainitic Steel. Problems of Mechatronics Armament, Avia-tion, Safety Engineering, 14, 1 (51), 2023, 23-60. DOI: 10.5604/01.3001.0016.2958
• [14] B. Garbarz, J. Marcisz, W. Burian, J. Borowski, S. Szkudelski: Zgłoszenie patentowe w Urzędzie Patentowym RP pt.: Sposób wykonania pancerza ze stalowych blach perforowanych, P.444066, 10.03.2023
• [15] S. Chocron, Ch. E. Anderson, D. J. Grosch, C. H. Popelar: Impact of the 7.62-mm APM2 projec-tile against the edge of a metallic target. International Journal of Impact Engineering 25 (2001) 423-437
• [16] P. Pawlowski, T. Fras: Numerical and experimental investigation of asymmetrical contact be-tween a steel plate and armour-piercing projectiles. 11th European LS-DYNA Conference 2017, Salzburg, Austria
• [17] B. Garbarz, J. Marcisz, W. Burian, A. Kowalski, J. Borowski, S. Szkudelski, M. Walicki, K. Zając: Identification of Critical Properties of Perforated Steel Plate to Maximize its Protection Ability as Add-on Armour. Proceedings of the 33rd International Symposium on Ballistics. Bruges, Belgium, October 16–20, 2023, Volume 1, Part 1, p. 1691 (Editor F. Coghe)
• [18] M. Costas, M. Edwards-Mowforth, M. Kristoffersen, F. Teixeira-Dias, V. Brøtan, Ch. O. Paulsen, T. Børvik: Ballistic impact resistance of additive manufactured high strength maraging steel: An experimental study. International Journal of Protective Structures 2021, 12 (4) 577-603
• [19] F. J. Ramírez-Gil, E. C. Nelli Silva, W. Montealegre-Rubio: Through-thickness perforated steel plates optimized for ballistic impact applications. Materials & Design 212 (2021) 110257
• [20] Patent Application Publication No. US 2007/0034074 A1: Ballistic armor, Feb. 15, 2007
• [21] C. Tian, Z. Li, Y. Dong: Ballistic performance of hybrid structure with perforated panel. Interna-tional Journal of Mechanical Sciences 218 (2022) 107031
• [22] B. Mishra, P. K. Jena, B. Ramakrishna, V. Madhu, T. B. Bhat, N. K. Gupta: Effect of tempering temperature, plate thickness and presence of holes on ballistic impact behavior and ASB for-mation of a high strength steel. International Journal of Impact Engineering 44 (2012) 17-28
• [23] T. Fras, N. Faderl, E. Lach: Modelling of the Mars 300 armour steel under impact loadings. Pro-ceedings of the 7th GACM Colloquium on Computational Mechanics, October 11-13, 2017, Stuttgart, Germany
• [24] M. W. Ali, A. Mubashar, E. Uddin, S. W. Ul Haq, M. Khan: An experimental and numerical investigation of the ballistic response of multi-level armour against armour piercing projectiles. International Journal of Impact Engineering 110 (2017) 47-56
• [25] Eisenlohr, I. Gutierrez-Urrutia, D. Raabe: Adiabatic temperature increase associated with defor-mation twinning and dislocation plasticity. Acta Materialia 60 (2012) 3994–4004
• [26] S. Zhou, R. Jian, Y. - J. Liang, Y. Zhu, B. Wang, L. Wang, Lu. Wang, Y. Ren, Y. Xue: High susceptibility to adiabatic shear banding and high dynamic strength in tungsten heavy alloys with a high-entropy alloy matrix. Journal of Alloys and Compounds 859 (2021) 157796
• [27] J. Marcisz, J. Janiszewski: Mechanical behaviour of nanostructured bainitic steel under high strain rate share and compression loading. Arch. Metall. Mater. 64 (2019), 3, 1151-1162

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).