Numeryczna analiza uderzenia pocisku w warstwy aramidowe umieszczone na podłożu imitującym ciało człowieka

• Autorzy: Pacek D. , Wiśniewski A.

Warianty tytułu

EN

Numerical analysis of bullet impact onto aramid layers placed on substrata simulating human body

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Przedmiotem artykułu jest wskazanie istotnych aspektów analizy numerycznej uderzenia pocisku w elastyczne warstwy tkaniny aramidowej umieszczone na plastycznym podłożu imitującym ciało człowieka. Przedstawiono przegląd wyników badań kamizelek kuloodpornych na różnych podłożach oraz uzasadniono potrzebę ich stosowania. Wyjaśniono, dlaczego plastelina balistyczna jest podkładem imitującym ciało człowieka obowiązującym w większości światowych norm związanych z badaniem osłon osobistych. Zaprezentowano metody modelowania tkanin oraz wyniki własnych analiz numerycznych. Ze względu na istotny wpływ wzajemnego oddziaływania wiązek włókien (przędz) tworzących przeplot tkaniny na jej deformację, jest ona przedstawiona w symulacjach za pomocą modelu bezpośrednio opisującego jej mezostrukturę. Symulacje przeprowadzono z użyciem, wykorzystującego jawny schemat całkowania równań ruchu, programu ANSYS AUTODYN v.16. Przedstawiono wyniki symulacji uderzenia 9 mm pocisku Parabellum FMJ (Full Metal Jacket) w warstwy tkaniny Twaron® T750 umieszczone na plastelinie balistycznej. Wyniki symulacji porównano z wynikami uzyskanymi podczas badań kuloodporności.

EN

Essential aspects of numerical analysis for bullet hitting elastic layers of aramid fabric placed on a plastic substratum imitating the human body are presented in the paper. A review of results for bullet-proof vests tested on various substrata is included in the paper with justification of their use. It is explained why the ballistic plasticine is used as a sub-structure imitating the human body in most standards binding in the world for testing individual protections. Methods for modelling the fabrics with results of own numerical analyses are presented. As mutual reaction of yarns creating the interweaving of the fabric has an essential impact on its deformation then it is represented in simulations by a model that directly describes its mezzo-structure. Simulations were carried out by using an explicit procedure for integration of motion equations in program ANSYS AUTODYN v.16. The results of hitting by 9 mm bullet Parabellum FMJ (Full Metal Jacket) into the layers of Twaron® T750 fabric placed on ballistic plasticine are presented. Results of simulation and bulletproof resistance tests are compared.

Słowa kluczowe

PL

mechanika; osłony osobiste; tkanina aramidowa; badania kuloodporności; symulacje numeryczne

EN

mechanics; individual protections; aramid fabric; bulletproof resistance tests; numerical simulations

• Wydawca: Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia
• Czasopismo: Problemy Techniki Uzbrojenia
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 45, z. 139
• Strony: 61--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Pacek D.

• Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia

autor

Wiśniewski A.

• Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia

Bibliografia

• [1] Bass C. R., Salzar R. S., Lucas S. R., Davis M., Donellan L., Folk B., Sanderson E., Waclawik S.: Injury Risk in Behind Armor Blunt Thoracic Trauma. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics (JOSE), Vol. 12, No. 4, 2006, s. 429-442.
• [2] Brooks A. J., Clasper J., Midwinter M. J., Hodgetts T. J., Mahoney P. F.: Ryan’s Ballistic Trauma - A Practical Guide. Third Edition. London: Springer, 2011.
• [3] Goldfarb M., Clurej T., Weinstein M., Metker L.: A Method for Soft Body Armor Evaluation: Medical Assessement. EB-TR-74073. Aberdeen Proving Ground, MD, Edgewood Arsenal, 1975. Dostępne w Defense Technical Information Center (http://www.dtic.mil/ cgi-bin/GetTRDoc?AD= ADA005575&Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf),otwierane 01.04.2016 r.
• [4] Montanarelli N., Hawkins C., Goldfarb M., Ciurej T.: Protective Garments for Public Officials. LWL-TR-30B73. Aberdeen Proving Ground, MD, Edgewood Arsenal, 1973. Dostępne w Defense Technical Information Center (http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTR Doc?AD=ADA089163& Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf); otwierane 01.04.2016 r.
• [5] Metker L., Prather R., Johnson E.: A Method for Determining Backface Signatures of Soft Body Armors. EB-TR-75029. Aberdeen Proving Ground, MD, Edgewood Arsenal, 1975. Dostępne w Defense Technical Information Center (http://www.dtic.mil/cgi-bin/ GetTRDoc?AD=ADA0127 97&Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf); otw. 01.04.2016 r.
• [6] Prather R., Swann C., Hawkins C.: Backface Signatures of Soft Body Armors and the Associated Trauma Effects. ARCSL-TR-77055. Aberdeen Proving Ground, MD, Edgewood Arsenal, 1977. Dostępne w Defense Technical Information Center (http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD =ADA049463&Location=U2&doc=GetTR Doc.pdf); otw.01.04.2016 r.
• [7] Board on Army Science and Technology, Division on Engineering and Physical Sciences, National Research Council: Testing of Body Materials: Phase III. The National Academies Press. Washington. 2012.
• [8] Hanlon E., Gillich P.: Origin of the 44-mm Behind-Armor Blunt Trauma Standard. ARL-RP-390. Aberdeen Proving Ground, MD, 2012. Reprint from Military Medicine. Volume 177, March 2012, s. 333-339.
• [9] National Institute of Justice: Ballistic Resistance of Body Armor - NIJ Standard-0101.06. July 2008.
• [10] Tabiei A., Yi W.: Comparative Study of Predictive Methods for Woven Fabric Composite Elastic Properties. Compos. Struct., 58, 2002, s. 149÷164.
• [11] Parsons E. M., Weerasooriya T., Sarva S., Socrate S.: Impact of Woven Fabric: Experiments and Mesostructure-based Continuum-level Simulations. Journal of the Mechanics and Physics of Solids 58, 2010, s. 1995-2021.
• [12] Bansal S., Mobasher B., Rajan S. D., Vintilescu I.: Development of Fabric Constitutive Behavior for Use in Modeling Engine Fan Blade-Out Events, Journal of Aerospace Engineering, June 2009, s. 249-259.
• [13] Lim C. T., Shim V. P. W., Ng Y. H.: Finite-element Modeling of the Ballistic Impact of Fabric Armor. International Journal of Impact Engineering 28, 2003, s. 13-31.
• [14] Roylance D., Wang S. S.: Penetration Mechanics of Textile Structures: Influence of Non-Linear Viscoelastic Relaxation. Polym. Eng. and Sci., 18, 1978, s. 1068-1072.
• [15] Shim V. P. W., Tan V. B. C., Tay T. E.: Modelling Deformation and Damage Characteristics of Woven Fabric Under Small Projectile Impact. Int. J. Impact Enginering. Vol. 16, No. 4, 1995, s. 585-605.
• [16] Tan V. B. C., Shim V. P. W., Zeng X.: Modelling Crimp in Woven Fabrics Subjected to Ballistic Impact. International Journal of Impact Engineering 32, 2005, s. 561-574.
• [17] Tan V. B. C., Ching T. W.: Computational Simulation of Fabric Armour Subjected to Ballistic Impacts. International Journal of Impact Engineering 32, 2006, s. 1737-1751.
• [18] Shockey D. A., Elrich D. C., Simons J. W.: Improved Barriers to Turbine Engine Fragments: Interim Report III. DOT/FAA AR-99/8, III, 2001.
• [19] Duan Y., Keefe M., Bogetti T. A., Cheeseman B. A.: Modeling the Role of Friction During Ballistic Impact of a High-strength Plain-weave Fabric. Composite Structures 68, 2005, s. 331-337.
• [20] Chocron S., Figueroa E., King N.: Modeling and Validation of Full Fabric Targets Under Ballistic Impact. Composites Science and Technology. 70, 2010, s. 2012-2022.
• [21] Grujicic M., Arakere G., Gogulapati M., Cheeseman B. A.: A Numerical Investigation of the Influence of Yarn-level Finite-element Model on Energy Absorption by a Flexible-fabric Armour During Ballistic Impact. Proc. I MechE, Vol. 222 Part L: J. Materials: Design and Applications, 2008, s. 259-276.
• [22] Barauskas R.: Multi-Scale Modelling of Textile Structures in Terminal Ballistics. 6th European LS-DYNA Users’ Conference, 4.5.2, 2007, s. 4.141-4.154.
• [23] Nilakantan G., Keefe M., Bogetti T. A.: On the Finite Element Analysis of Woven Fabric Impact Using Multiscale Modeling Techniques. International Journal of Solids and Structures 47, 2010, s. 2300-2315.
• [24] Niezgoda T.: Budowa i walidacja modeli numerycznych pocisku 9 mm Parabellum oraz tarczy wykonanej z kompozytu typu Twaron. Sprawozdanie WITU, 2011 (niepublikowane).
• [25] Dominiak J., Stempień Z.: Modelowanie numeryczne i analiza kuloodporności wielowarstwowych pakietów wykonanych z włókien paraaramidowych. X Międzynarodowa Konferencja Uzbrojeniowa „Naukowe aspekty techniki uzbrojenia i bezpieczeństwa”, Ryn 15-18.09.2014 r.
• [26] Wiśniewski A., Pacek D.: Walidacja modelu numerycznego pocisku 9 mm Parabellum. Mechanik 2, 2012, s. 138-140.
• [27] Norma PN-V-87000:2011 - Osłony balistyczne lekkie / Kamizelki kulo- i odłamkoodporne / Wymagania i badania.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).