The Effect of Sub-Zero Temperature and High Strain Rate on Mechanical Strength of 9/7 ‘Oak’ Gun Propellant

• Autorzy: Modrzejewski Patryk , Janiszewski Jacek

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.9125

Warianty tytułu

PL

Wpływ ujemnej temperatury i dużej szybkości odkształcenia na wytrzymałość mechaniczną prochu 9/7 „Dąb”

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of compressive strength testing of samples made from 9/7 ‘Oak’ (”Dąb” in Polish) gun propellant under various mechanical and thermal load conditions. The strength tests were conducted in accordance with the split- Hopkinson pressure bar (SHPB) method. The findings indicate that the mechanical behaviour of the tested gun propellant resembles that of some thermoplastic polymers. As the strain rate increases, 9/7 propellant becomes stiffer, and its compressive strength increases, but it maintains good plastic properties, i.e., material samples do not crack under dynamic load. This demonstrates, on one hand, the high sensitivity of the gun propellant to strain, and on the other, its strong resistance to brittle fracture under shock loading conditions. However, it was found that the combined effect of strain rate and lowered temperature (-50°C) leads to increased brittleness of the propellant and fracture of the samples.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wytrzymałościowych na ściskanie próbek z prochu 9/7 „Dąb” w różnych warunkach obciążenia mechanicznego i temperaturowego. Testy wytrzymałościowe wykonano zgodnie z metodyką techniki dzielonego pręta Hopkinsona (SHPB). Na podstawie wyników przeprowadzonych badań stwierdzono, że zachowanie mechaniczne badanego prochu jest zbliżone do zachowania się niektórych polimerów termoplastycznych. Proch 9/7 wraz ze wzrostem szybkości odkształcenia staje się bardziej sztywny, rośnie jego wytrzymałość na ściskanie, a jednocześnie zachowuje dobre właściwości plastyczne, tj. próbki nie pękają pod wpływem dynamicznego obciążenia. Świadczy to, z jednej strony, o dużej wrażliwości prochu na szybkość odkształcenia, zaś z drugiej, o dużej odporności na kruche pękanie w warunkach udarowego obciążenia. Stwierdzono jednakże, że połączony wpływ szybkości odkształcenia i obniżonej temperatury (- 50 °C) prowadzi do zwiększenia kruchości prochu i pękania próbek.

Słowa kluczowe

EN

mechanical engineering; low-temperature tests; dynamic strength tests; gun propellants

PL

inżynieria mechaniczna; badania w obniżonej temperaturze; dynamiczne badania wytrzymałościowe; prochy artyleryjskie

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 15, Nr 4 (58)
• Strony: 65--76
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Modrzejewski Patryk

• Military University of Technology Faculty of Mechatronics, Armament and Aerospace 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3950-5204

autor

Janiszewski Jacek

• Military University of Technology Faculty of Mechatronics, Armament and Aerospace 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Modrzejewski, Patryk, and Jacek Janiszewski. 2021. „Methodology for Testing High-Energy Materials Under Low Temperature Conditions”. Problemy mechatroniki. Uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa / Probl. Mechatronics. Armament Aviat. Saf. Eng. 12 (2) : 63 - 74. https://doi.org/10.5604/01.3001.0014.9338.
• [2] Wójcik, Michał. 2019. Statyczne badania wytrzymałościowe prochów artyleryjskich w warunkach obniżonych temperatur (praca inżynierska). Warszawa: Wydawnictwo Wojskowej Akademii Technicznej.
• [3] Lieb, J. Robert. 1989. The Mechanical Response of M30, JA2 AND XM39 Gun Propellants to High-Rate Deformation (BRL-TR-3023). US Army Ballistic Research Lab Aberdeen Proving Ground. MD.
• [4] Lieb J. Robert. 1991. High strain rate response of gun propellant using the Hopkinson Split Bar. Ballistic Research Laboratory Aberdeen Proving Ground.
• [5] Gazonas A. George. 1993. A Uniaxial Nonlinear Viscoelastic Model with Damage for M30 Gun Propellant. Army Research Laboratory.
• [6] Gazonas A. George. 1991. The Mechanical response of M30, XM39, and JA2 propellants at strain rates from 10-2 to 250 s-1. Balistic Research Laboratory Aberdeen Roving Ground.
• [7] Hoffman J Harry. 1989. High-strain rate testing of gun propellants. Chemical Propulsion Information Agency.
• [8] https://pof.gov.pk/ (2022).
• [9] http://cjaie.com/index.html (2022).
• [10] Trębiński, Radosław, Zbigniew Leciejewski, and Zbigniew Surma. 2019. „Investigations of the Influence of Ignition on the Dynamic Vivacity of Propellants”. Problemy mechatroniki. Uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa / Probl. Mechatronics. Armament Aviat. Saf. Eng. 10 (2) : 55–68. https://doi.org/10.5604/01.3001.0012.9670.
• [11] Trębiński, Radosław, Jacek Janiszewski, Zbigniew Leciejewski, Zbigniew Surma, and Kinga Kamińska. 2020. „On influence of mechanical properties of gun propellants on their ballistic characteristics determined in closed vessel tests”. Materials. 13 (14) : 3243-1-15. https://doi.org/10.3390/ma13143243.
• [12] Chen, W., B. Zhang, and M. J. Forrestal. 1999. “A split Hopkinson bar technique for low-impedance materials”. Exp. Mech., 39 : 81 - 85.
• [13] Chen, W., F. Lu, and B. Zhou. 2000. „A quartz-crystal-embedded Split Hopkinson pressure bar for soft materials”. Exp. Mech. 40 : 1 - 6.
• [14] Song, Bo, and Weinong Chen. 2003. “One-dimensional dynamic compressive behaviour of EPDM rubber”. J. Eng. Mater. Technol. 125 (3) : 294–301.
• [15] Rigby, E. Sam, Andrew D. Barr, and Max Clayton. 2018. „A review of Pochhammer-Chree dispersion in the Hopkinson bar”. Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Engineering and Computational Mechanics171 (1) : 3–13. https://doi.org/10.1680/jencm.16.00027.
• [16] Chen, Weinong, and Bo Song. 2013. Split Hopkinson (Kolsky) Bar: Design, Testing and Applications. Springer New York.
• [17] Norma Obronna NO-06-A103. 2005. Uzbrojenie i sprzęt wojskowy. Ogólne wymagania techniczne, metody kontroli i badań Wymagania środowiskowe.

Uwagi

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