Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The use of high-performance concretes, ultra highperformance concretes, and additive manufacturing technology in increasing the ballistic protection level of field fortifications

Wysoczański Andrzej, Partyka Jacek, Mackiewicz Piotr

Wiedza Obronna

|

2023

|

nr 3

EN

High-Performance Concretes (HPC) and Ultra High-Performance Concretes (UHPC) allow for the production of extremely durable construction elements when compared to those same elements made of C35/45 concrete. Increased compressive- and flexural strength markedly contribute to ballistic resistance reducing the area and depth of the “crater” which results from a potential impact of a projectile or a fragment. Additionally, the presence of dispersed fibres in these mixtures eliminates the need of using reinforcement bars, which, in turn, reduces the time expenditure and labour. The article compares the results of various ballistic tests of elements made of high-performance concrete mixtures to determine the viability of applying such elements in the defence sector. Furthermore, the authors present the possibility of adapting additive technologies for the performance of field fortification tasks by the military, as part of which the HPCs and UHPCs are used as working mixtures. The authors also show the possibility of fabricating construction elements without the use of formworks, as well as printing construction elements directly at the site of future operation of the buildings.

2

Development of technology for the production of lightweight observation and protective container (LOOK) made of nanostructured ultra-strength steels

Marcisz Jarosław, Garbarz Bogdan, Tomczak Tymoteusz, Janik Aleksandra, Zalecki Władysław, Burdek Marek, Adamczyk Mariusz, Starczewski Lech, Gmitrzuk Michał, Nyc Robert, Gołuński Marcin, Żółkiewski Krzysztof, Lubowiecki Paweł, Skurczyński Marcin

Journal of Metallic Materials

|

2021

|

Vol. 73, no. 2

13--39

EN

The article contains results of research and analyses concerning application of nanostructured bainitic steel in the form of plates for manufacturing of armour components. The presented results of examination of microstructure and properties include a wide range of laboratory experiments and industrial tests, which resulted in the achievement of the assumed functional properties. In the period of 2017-2021, a scientific and industrial consortium consisting of Łukasiewicz - Institute of Ferrous Metallurgy (leader); WITPiS, Tarnów Mechanical Works, Alchemia and Heatmasters Poland carried out a project funded by the POIR 04.01.04 programme aimed to develop the design and to manufacture an observation and protective container with a specified resistance to penetration by armour-piercing projectiles and with a lower mass of steel armouring in relation to that currently produced. The aim of the project was achieved by using armour plates made of nanostructured bainitic steel (nanobainitic), which are characterised by high resistance to high-energy impact concentrated in a small area. The technological tests carried out in the project mainly concerned the development of a new container and industrial technology of armour plates production and their application in the armour of this container. Based on the results of investigation of the semi-industrial scale material, the optimum chemical composition for industrial scale melting and casting was determined. An industrial technology for the production of plates of nano-structured bainitic steel was developed, which includes the following processes: smelting and casting, preliminary heat treatment and ingot hot processing, as well as hot rolling, final heat treatment, and surface treatment. A test batch of the material in the form of 1500×2470 mm armoured plates was fabricated under industrial conditions. The final result of the project is a container armoured with bainitic nanostructured steel plates with implementation documentation and a technology for producing armoured plates from this steel under the technical and technological conditions of domestic steel manufacturers.

PL

Artykuł zawiera wyniki badań i analiz dotyczące zastosowania stali nanostrukturalnej bainitycznej w postaci blach arkuszowych do wytwarzania elementów opancerzenia. Przedstawione wyniki badań mikrostruktury i właściwości obejmują szeroki zakres eksperymentów laboratoryjnych i badań przemysłowych, w wyniku których osiągnięto założone właściwości użytkowe. W latach 2017-2021 konsorcjum naukowo-przemysłowe w składzie: Łukasiewicz - Instytut Metalurgii Żelaza (lider), Wojskowy Instytut Techniki Pancernej i Samochodowej (WITPiS), Zakłady Mechaniczne Tarnów S.A. (ZMT), Alchemia S.A. i Heatmasters Poland sp. z o.o. zrealizowało projekt finansowany z programu POIR 04.01.04, którego celem było opracowanie konstrukcji i wykonanie kontenera obserwacyjno-obronnego o określonej odporności na przebicie pociskami przeciwpancernymi oraz o niższej masie opancerzenia stalowego w odniesieniu do obecnie wytwarzanego. Cel projektu osiągnięto przez zastosowanie blach pancernych ze stali nanostrukturalnej bainitycznej (nanobainitycznej-NBA), które charakteryzuje wysoka odporność na skoncentrowane na małym obszarze wysokoenergetyczne oddziaływania udarowe. Zrealizowane badania przemysłowe w projekcie dotyczyły w głównej mierze opracowania konstrukcji nowego kontenera oraz przemysłowej technologii wytwarzania blach pancernych i ich zastosowania w opancerzeniu tego kontenera. Na podstawie wyników badań materiału wytworzonego w skali półprzemysłowej ustalono optymalny skład chemiczny dla wytopów przemysłowych. Opracowano przemysłową technologię wytwarzania blach ze stali nanostrukturalnej bainitycznej, która obejmuje następujące procesy: wytapianie i odlewanie, wstępną obróbkę cieplną i przetwarzanie wlewków oraz walcowanie na gorąco blach i finalną obróbkę cieplną oraz obróbkę powierzchniową. Wykonano testową partię materiału w warunkach przemysłowych w postaci pancernych blach arkuszowych o wymiarach 1500×2470 mm. Finalnym rezultatem projektu jest kontener opancerzony za pomocą blach ze stali nanostrukturalnej bainitycznej z dokumentacją wdrożeniową oraz technologia wytwarzania blach pancernych z tej stali w warunkach techniczno-technologicznych krajowych wytwórców wyrobów stalowych.

3

The Concept of a Poly-Functional Ballistic Shield

Zińczuk Andrzej

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2020

|

Vol. 11, Nr 1 (39)

75--90

EN

Police and military units are employing the use of additional, portable protection in the form of various types of ballistic shields ever more often. They are not only used for protecting a single operator, but rather entire assault groups or bystanders. The work analyses the ballistic shields used presently and the requirements of the law enforcement forces; on this basis, the assumptions used for designing a poly-functional ballistic shield have been formulated. The design employed so-called “origami engineering”, i.e. a field tasked with designing geometrically-shifting materials by changing the location of the components. The prototype’s design is presented, and the path to its development is indicated.

PL

Oddziały policyjne i wojskowe coraz częściej sięgają po dodatkowe, przenośne osłony w postaci różnych typów tarcz balistycznych. Służą one nie tylko do ochrony pojedynczego operatora, ale często też całej grupy ofensywnej lub osób postronnych. W pracy przeanalizowano obecnie wykorzystywane tarcze balistyczne, wymogi służb porządkowych i na tej podstawie określono założenia, które wykorzystano do zaprojektowania wielofunkcyjnej tarczy balistycznej. Projekt wykorzystał tzw. „inżynierię orgiami” – dziedzinę dotyczącą projektowania materiałów geometrycznie zmiennych poprzez zmianę położenia części składowych. Zaprezentowano projekt prototypu i wskazano dalszą drogę jego rozwoju.

4

Ceramic Armour for Armoured Vehicles Against Large-Calibre Bullets

Maystrenko Anatoliy L., Kushch Volodymyr I., Pashchenko Evgeniy A., Kulich Vitaliy G., Neshpor Olecksiy V., Bisyk Sergiy P.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2020

|

Vol. 11, Nr 1 (39)

9--16

EN

Modelling the armour-piercing bullets B-32 calibre 12.7 mm penetration into the double-layer ceramic-composite armour has been performed for the armour blocks of two designs. The first one is a layer of ceramic square tiles supported by the glass or polyamide fabric. Modelling and subsequent ballistic tests have shown that the conical Hertz crack localized in the ceramic tile is formed. The tile is destroyed from the spread of radial cracks, and the entire armour unit becomes unable to sustain the repeated hit of the bullet. In the second case, the armour block consists of the discrete epoxy-filled cylindrical ceramic elements with spherical ends. The advantage of this "discrete" armour is localization of the damage zone and thus an ability to sustain the multiple bullet hits. The ballistic tests of the compared armour units have shown that both provide effective additional protection of light-armoured vehicles against the normal impact of the calibre 12.7 mm bullet.

5

Optymalizacja właściwości balistycznych blach ze stali nanostrukturalnej bainitycznej przeznaczonych na opancerzenie kontenera LOOK

Marcisz Jarosław, Garbarz Bogdan, Zalecki Władysław, Kania-Pifczyk Zofia, Starczewski Lech, Gołuński Marcin

Problemy Techniki Uzbrojenia

|

2019

|

R. 48, z. 151

97--119

PL

W celu podwyższenia właściwości eksploatacyjnych kontenera obserwacyjno-obronnego LOOK opracowywane jest innowacyjne opancerzenie, którego elementy będą wykonane z blach ze stali nanostrukturalnej bainitycznej, co zapewni poziom 2 ochrony wg STANAG 4569. Z uwagi na odmienne właściwości mechaniczne i technologiczne tych blach w odniesieniu do blach pancernych stosowanych obecnie, modyfikacji uległa konstrukcja opancerzenia kontenera. Artykuł zawiera wyniki badań charakterystyk materiałowych oraz testów ostrzałem blach ze stali nanostrukturalnej wytworzonych w warunkach półprzemysłowych. W celu optymalizacji parametrów obróbki cieplnej blach wykonano badania kinetyki przemian fazowych, a następnie dla różnych wariantów obróbki prze-prowadzono pomiary właściwości mechanicznych oraz analizę zmian mikrostruktury i właściwości w miejscach oddziaływań pocisków w trakcie testów ostrzałem. Przedstawione badania poprzedzają uruchomienie procesu produkcji blach arkuszowych z nowego gatunku stali do produkcji systemu opancerzenia kontenera LOOK. Optymalizację właściwości mechanicznych blach wykonano przez dobór następujących parametrów wytwarzania: składu chemicznego stali, przeróbki plastycznej i wstępnej obróbki cieplnej oraz temperatury i czasu finalnej obróbki cieplnej (wygrzewania izotermicznego). W badaniach zwrócono uwagę na wpływ segregacji pierwiastków stopowych i domieszkowych na właściwości ochronne blach. W wyniku zastosowania temperatury wygrzewania w zakresie 210-225°C (temperatura MS = ok. 200°C dla szybkości chłodzenia 1-2 °C/s) i czasu odpowiednio w przedziale 120-70 godzin uzyskano następujące właściwości mechaniczne materiału: Rp0,2 1400-1500 MPa, Rm 2000-2150 MPa; A 10-13%; KV (w temp. otoczenia) 10-16 J oraz twardość 590-610 HV10 (53-54 HRC). Mikrostrukturę blach stanowił bezwęglikowy nanobainit listwowy oraz austenit resztkowy w ilości 10-21%. W testach ostrzałem zastosowano blachy o grubości 6,3 i 7,5 mm oraz amunicję 5,56x45 mm M193 i 7,62x51 mm API BZ. Na podstawie wyników tych testów oraz badań mikrostruktury w miejscach ostrzału stwierdzono występowanie zjawisk świadczących o wysokiej skuteczności ochronnej badanych blach, przejawiających się dużą zdolnością do pochłaniania i rozpraszania energii pocisku bez skłonności do pękania. Na podstawie wyników badań właściwości mechanicznych i testów ostrzałem blach eksperymentalnych, opracowano skład chemiczny stali nanostrukturalnej bainitycznej, dostosowany do wykonania w warunkach przemysłowych blach o grubości w zakresie 6-8 mm. Przeprowadzono analizę możliwości obniżenia masy opancerzenia kontenera na podstawie wyników badań blach ze stali nanostrukturalnej wytworzonych w warunkach półprzemysłowych. Na podstawie analizy konstrukcji i warunków użytkowania kontenera wskazano obszary newralgiczne z punktu widzenia ochrony balistycznej, które poddane będą testom ostrzałem. Badania balistyczne zostaną wykonane na segmentach kontenera reprezentujących wytypowane obszary newralgiczne.

EN

An innovative armour system containing plates made of nanostructured bainite steel is under development to improve operating properties of a light armoured observation-protective container (LAOC) providing the 2nd protection level according to STANAG 4569. Armour system solution of the container has been modified because the new plates have different mechanical and technological properties than currently used armour plates. The paper presents results of investigation of material characteristics and firing tests of plates made of nanostructured steel in the semi-industrial scale. To optimise parameters of heat treatment of the plates the kinetics of phase transformation was examined, and mechanical properties were measured, and changes in microstructure in the area of projectile interaction at firing tests were analysed for different variants of treatment. The reported investigations precede the industrial scale production process for plates made of the new grade steel designed for the armour system of LAOC. Optimisation of mechanical properties of the plates has been carried out by selection of such production parameters as chemical composition of the steel, hot working, interprocess heat treatment and temperature and time of final heat treatment (isothermal annealing). Effect of primary segregation of alloying and residual elements on protective properties of the plates is indicated. As a result of applying the annealing temperature in the range of 210-225°C (Ms temperature is ca. 200°C at cooling rate 1-2°C/s) and time in the range of 120-70 hours respectively, the following properties have been achieved: YS0.2 (yield strength) 1400-1500 MPa; UTS (ultimate tensile strength) 2000-2150 MPa; TE (total elongation) 10-13%, impact toughness KV at room temperature 10-16 J and hardness 590-610 HV (53-54 HRC). Microstructure of the plates consists of carbide free lathy nanobainite and 10-21% (volume fraction) of retained austenite. Plates of thickness 6.3 and 7.5 mm and ammunition type of 5.56x45 mm M193 and 7.62x51 mm API BZ have been used in the firing tests. Based on results of firing tests and microstructure examination in the area of projectile interaction the phenomena have been identified indicating high efficiency of ballistic protection of investigated plates, manifested by high ability to absorption and dissipation of projectile energy without susceptibility to cracking. Based on the results of mechanical properties measurements and firing tests a chemical composition of the nanostructured bainitic steel adjusted for industrial production of plates of thickness in the range of 6-8 mm has been developed. An analysis of container armour system mass reduction possibility, basing on results of investigation of the nanostructured bainite steel plates made in the semi-industrial scale, has been carried out. Basing on the analysis of the container construction and operational conditions some sensitive areas of ballistic protection have been specified to be subjected to firing tests. Ballistic examination will be carried out using the container segments representing the selected sensitive areas.

6

Rola ceramiki specjalnej w wielowarstwowej osłonie balistycznej

Cegła M.

Problemy Techniki Uzbrojenia

|

2018

|

R. 47, z. 147

63--74

PL

Artykuł porusza problematykę związaną z projektowaniem i badaniem nowoczesnych osłon balistycznych oraz materiałów stosowanych do ich budowy, ze szczególnym naciskiem na materiały ceramiczne. Ciągły rozwój współczesnych balistycznych materiałów kompozytowych wymusza potrzebę optymalizacji istniejących rozwiązań osłon balistycznych pod względem masy, grubości oraz kosztów materiałowych. W dobie technologicznego wyścigu zbrojeniowego, osiągnięcie 5 % redukcji masy pancerza można uznać za sukces. Aby to jednak osiągnąć istnieje potrzeba opracowania nowych rozwiązań pancerzy z uwzględnieniem postępu w dziedzinie nowoczesnych materiałów. Dzięki doskonałym właściwościom mechanicznym, niskiej gęstości, wysokiej twardości oraz zdolności do rozpraszania energii poprzez mechanizm kruchego pękania, ceramika balistyczna pozwala na zwiększenie odporności pancerza na działanie pocisków przeciwpancernych przy jednoczesnym obniżeniu jego masy powierzchniowej w porównaniu z tradycyjnymi osłonami stalowymi. Przedstawiono rozwój pancerzy na bazie ceramiki, budowę wielowarstwowej osłony balistycznej oraz rolę poszczególnych warstw osłony balistycznej w zatrzymaniu pocisku. Omówione zostały także właściwości mechaniczne wybranych materiałów ceramicznych oraz ich wpływ na odporność balistyczną skonstruowanej na ich bazie osłony.

EN

The paper presents some questions of designing and testing for modern ballistic protecting screens and applied materials especially such as ceramics. Continuous development of present ballistic composite materials enforces the optimisation of existing solutions for ballistic protections in respect to the mass, thickness and costs of material. In times of technological arm race a reduction of armour weight by 5% is a success. It may be achieved by development of new solutions of armour systems applying the newest materials. Ballistic ceramics both enhances the resistance of the armour against armour piercing projectiles and reduces its areal dencity in relation to traditional steel armours due to high mechanical properties, low density, high hardness and dissipation of energy at the mechanism of breaking. The paper illustrates the development of ceramic based armours and the structure of a multilayer ballistic protection, and finally the meaning of its particular layers in fighting the projectile. Moreover the impact of mechanical properties of some ceramic materials used for designing a protection system into its ballistic resistance is discussed.

7

Wykorzystanie radiografii cyfrowej w inżynierii materiałowej

Długosz P., Darłak P., Kochel M., Matuszewski M.

Szybkobieżne Pojazdy Gąsienicowe

|

2017

|

nr 2 (44)

43--50

PL

W artykule opisano zasadę działania radiografii cyfrowej i metodykę prowadzenia badań. Artykuł prezentuje także możliwości techniki cyfrowej wizualizacji w aspekcie konstruowania elementów ochrony balistycznej. Przedstawiono wyniki analizy rentgenowskiej wielowarstwowych struktur kompozytowych typu przekładkowych (ang. sandwich), składających się z elementów prasowanych w stanie ciekłym (ang. squeeze casting), przerabianych plastycznie, fragmentów ceramiki oraz związków elastomerowych połączonych za pomocą innowacyjnych technik klejenia. Przedstawiono również możliwości analizy jakościowej stalowych połączeń spawanych przeznaczonych do zastosowań w technice wojskowej.

EN

The article describes the principle of digital radiographic methods and research methodology. It also presents the capabilities of digital visualisation with regard to designing ballistic protection components. Results are presented of X-ray analyses of composite sandwich structures consisting of squeeze cast plastic worked elements and elastomeric compounds bound using innovative adhesive binding methods. Capabilities are also presented of qualitative analysis of steel welded joints for military applications.

8

Application of digital radiography in materials engineering

Długosz P., Darłak P., Kochel M., Matuszewski M.

Szybkobieżne Pojazdy Gąsienicowe

|

2017

|

nr 2 (44)

109--116

EN

The article describes the principle of digital radiographic methods and research methodology. It also presents the capabilities of digital visualisation with regard to designing ballistic protection components. Results are presented of X-ray analyses of composite sandwich structures consisting of squeeze cast plastic worked elements and elastomeric compounds bound using innovative adhesive binding methods. Capabilities are also presented of qualitative analysis of steel welded joints for military applications.

9

Badania uszkodzeń kompozytów stosowanych w osobistych osłonach balistycznych metodą termografii w podczerwieni

Pracht M., Świderski W.

Problemy Techniki Uzbrojenia

|

2017

|

R. 46, z. 142

25--40

PL

W artykule przedstawiono problematykę związaną z określaniem strefy uszkodzenia materiału powstałej podczas badań niszczących wielowarstwowych kompozytów aramidowych, stosowanych w osłonach balistycznych. W celu oszacowania wielkości obszaru uszkodzenia kompozytu przeprowadzono badania, które polegały na rejestracji zmian pola temperatury na powierzchniach kompozytu podczas strzelania z użyciem dwóch kamer termowizyjnych. Strzelano standardowymi odłamkami i pociskami stosowanymi podczas badań osłon balistycznych. Na podstawie zarejestrowanych w trakcie strzelań termogramów opracowano wykresy przebiegów temperatury na powierzchniach przedniej i tylnej kompozytu wzdłuż uszkodzenia powstałego na skutek strzału. W oparciu o otrzymane wyniki oszacowano strefy zniszczeń wewnątrz kompozytu wokół punktów trafień pocisków, których wielkość może być znacznie większa niż widoczny okiem nieuzbrojonym ubytek materiału powstający w wyniku uderzenia pocisku. Dodatkowo stwierdzono, że strefa uszkodzeń materiału od strony wylotu pocisku jest większa od strefy uszkodzenia występującej po stronie uderzenia pocisku. Według dokumentów normatywnych punkty uderzeń pocisków nie powinny znajdować się w obszarach osłabienia materiału osłony spowodowanych poprzednimi strzałami. Dlatego problem wymaga przeprowadzenia poszerzonych badań, które sprawdzałyby czy ustalone odległości między trafieniami powinny zostać zwiększone oraz czy jest to możliwe z uwagi na ograniczenia wymiarów i konstrukcji osłon.

EN

The paper presents problems related to determining the damage area of material caused during destructive tests of multilayer aramid composites used in ballistic protection. In order to estimate the size of the composite damage area, tests were performed to record changes of the temperature fields on the composite surfaces by using two IR cameras during shooting. The standard fragments and bullets used during ballistic protection tests were used. On the basis of the thermograms recorded during the shooting, temperature graphs of the front and rear surfaces of the composite were prepared along the damage caused by the shot. Based on the results obtained, the damage areas within the composite around points of projectiles impact were estimated, that could be much larger than loss of material visible by unarmed eye. In addition, it was found that the material damage area at the back of the ballistic shield is larger than on the projectile impact side. According to national standards points of projectiles impact should not be located in material weakened areas caused by previous shots. Hence, the problem in question requires extensive testing to find out if the established distance between hits should be increased and if it is possible due to the limitations of the dimensions and cons truction of the ballistic protection.

10

Aramid composites after fragment-proof test by ultrasonic ir thermography

Pracht M., Świderski W.

Journal of KONES

|

2017

|

Vol. 24, No. 2

191--195

EN

Modern soft ballistic armour is composed of high-strength fibres often used as packages of loose fabrics or laminates. These fibres include carbon, glass fibres, polymer fibres including aramid fibres and polyethylene fibres. Soft armour is applied to provide ballistic protection typically against the impact of small arms projectiles and fragments. In order to determine the level of ballistic protection for ballistic armour, fragment-simulating projectiles (FSP) are used which simulate the properties of fragments created during the explosion of various types of grenades and projectiles. The above-mentioned composites can include a variety of defects such as manufacturing defects, moisture ingress, projectiles impact and other defects. Infrared thermography is a method, which can be used to non-destructive testing and detecting defects of this type of material. However, ultrasonic stimulation is one of method of thermal stimulation used for detection defects in composite. The article presents the results of experimental research of multilayer aramid composite after fragment-proof tests by ultrasonic IR thermography method.

11

The interaction of a bullet charge 7.62x39 mm and ARMOX 600T

Bridik L.

Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów / Politechnika Warszawska

|

2016

|

z. 3/107

5--10

EN

The ballistic protection need rapidly increased in the recent years. The most monitored has become an indicator of ballistic resistance of armored vehicles, which is designed to protect a living force. The article approaches the interaction of a bullet charge 7.62x39 mm with ARMOX 600T in the computer simulation version. The listed charge is currently used in the armed forces of Slovak republic. The bullet execution has a number of variations - from the soft to the hardened core. As a ballistic protection material is selected ARMOX 600T for its excellent characteristics specified by the manufacturer. This element enters into the computer simulation model through the material parameters defined by Johnson Cook. The main objective is to create a methodology of the model creation with the real inputs. The reference parameter is the damage analogy between computer and real model.

PL

Ochrona balistyczna gwałtownie wzrosła w ostatnich latach. Najbardziej pożądana, stała się wyznacznikiem odporności balistycznej pojazdów opancerzonych, które zostały zaprojektowane w celu ochrony sił życiowych. W artykule zaprezentowano oddziaływanie pocisku kalibru 7.62x39 mm z ARMOX 600T w postaci symulacji komputerowej. Podany kaliber jest obecnie stosowany w siłach zbrojnych Słowacji. Pocisk ten ma wiele odmian wykonania - od miękkiej do z utwardzonym rdzeniem. Jako materiał do ochrony balistycznej wybrano ARMOX 600T, ze swoich doskonałymi właściwościami określonymi przez producenta. Materiał ten wchodzi do komputerowego modelu symulacyjnego za pomocą parametrów materiałowych określonych przez Johnsona Cook'a. Głównym celem pracy jest określenie metodologii tworzenia modeli z rzeczywistych danych wejściowych. Parametrem odniesienia jest analogia pomiędzy uszkodzeniem z modelu a uszkodzeniem rzeczywistym.

12

Submicro and nano ceramic as ballistic protective material

Lach E., Wolf T., Scharf M.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 2CD

45--56

EN

The increasing capability of modern anti-armor threats has intensified the need for highly effective passive armor systems. Additionally, light-weight armor systems becoming more important to ensure improved strategic mobility and tactical agility for future combat systems, while maintaining crew protection. It is necessary to airlift military vehicles to remote locations in under-developed regions this requires a large weight reduction in the armor system. Ceramic armor technology offers significant advantages for meeting future protection requirements. Ceramics are effective, because of their hardness, which is considerably greater than that of other material classes, and also they are much lighter than steel. The investigation and application of ceramics against small arms threats has a long history and the ballistic performance of ceramic armors for personnel protection is very high; the principles governing these defeat mechanisms are now generally understood. However, achieving similar ceramic performance versus larger caliber, like kinetic energy (KE) penetrator threats, has long taken as a difficult challenge. This work deals with sub micro and nano ceramics for ballistic protection. Model KE penetrators have been used to investigate the protection capability.

PL

Nowoczesna amunicja, o coraz większej zdolności rażenia i sile przebijania osłon balistycznych, powoduje konieczność ulepszania wysoko-efektywnych, pasywnych systemów obronnych. Celem stało się projektowanie coraz wytrzymalszych, a zarazem lżejszych osłon i pancerzy, zapewniających skuteczną ochronę żołnierzom, przy jednoczesnym zwiększeniu mobilności i zdolności taktycznych konstrukcji. Niższa waga pancerza jest szczególnie istotna, jeśli wziąć pod uwagę na jak duże odległości muszą czasem być transportowane pojazdy bojowe. Materiały ceramiczne znajdują zastosowanie w osłonach balistycznych, z powodu wysokiej twardości i małej masy, co powoduje, że pancerz kompozytowy z warstwą ceramiczną, będąc lżejszy i równie wytrzymały na wpływ obciążenia uderzeniowego jak jego tradycyjny odpowiednik o tej samej grubości, spełnia powyższe wymagania dotyczące nowoczesnych pancerzy. Prowadzone od lat badania nad materiałami ceramicznymi w zakresie ich stosowalności jako elementu pancerza lub indywidualnej osłony balistycznej, pozwoliły na zrozumienie zasad zachowania materiałów ceramicznych pod obciążeniem dynamicznym. Jednakże, opis zachowania tych materiałów po uderzeniu amunicji o dużym kalibrze, jak np. pocisk podkalibrowy (ang. kinetic energy (KE) penetrator) stanowi nadal naukowe wyzwanie. W niniejszej pracy zamieszczono rozważania dotyczące materiałów ceramicznych o submikro- i nanostrukturze, mających zastosowanie dla ochrony balistycznej, w szczególności przedstawia się wyniki badań zachowania materiałów ceramicznych pod wpływem uderzenia pociskami podkalibrowymi.

13

Ceramika węglikowa w lekkich osłonach balistycznych

Cegła M., Habaj W.

Materiały Ceramiczne

|

2015

|

T. 67, nr 2

132--136

PL

Ceramika węglikowa stosowana jest z powodzeniem do wytwarzania elementów osłon balistycznych, chroniących przed pociskami przeciwpancernymi. Dzięki połączeniu wysokiej twardości z niską gęstością stanowi dobrą alternatywę dla tradycyjnych pancerzy stalowych. W artykule przedstawione zostaną cechy dwóch ceramicznych materiałów balistycznych: węglika krzemu (SiC) oraz węglika boru (B4C). Zaprezentowane zostaną także wyniki ostrzału warstwowych osłon balistycznych, zawierających ceramikę, za pomocą nowoczesnej amunicji pistoletowej o właściwościach przeciwpancernych.

EN

Carbide ceramics have been successfully used for ballistic armour applications protecting against armour piercing projectiles. A combination of high hardness and low density makes ceramics a good substitute of traditional steel armours. Properties of two ceramic armour materials: silicon carbide (SiC) and boron carbide (B4C) are being described. Finally the authors present results of ballistic tests of ceramic-based multi-layered armours systems against modern pistol ammunition with armour piercing capabilities.

14

Hybrid Ceramic-Textile Composite Armour Structures for a Strengthened Bullet-Proof Vest

Cegła M., Habaj W., Stępniak W., Podgórzak P.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2015

|

Vol. 23, no. 1 (109)

85--88

EN

The article presents the problem of protection against 5.7 × 28 mm SS190 projectiles with increased penetration capabilities. Due to the hybrid structure of the projectile, SS190 ammunition is a considerable danger to traditional, commonly used bulletproof vests based only on soft textile materials. A composite ballistic armour system based on small-size ceramics and fibre composites is presented as an answer to this threat. The construction of modern armour systems, the materials used and sample preparation is described. Ballistic test results of composite samples are presented by X-ray photographs. The authors also propose the possible use of these composite armour systems in personal body armour.

PL

W artykule poruszona jest problematyka ochrony przed amunicją 5,7×28 mm SS190 o zwiększonej zdolności do penetracji. W związku z hybrydową budową pocisku SS190 stanowi on poważne zagrożenia dla powszechnie stosowanych kamizelek kuloodpornych na bazie materiałów tkaninowych. Jako odpowiedź na to zagrożenie przedstawione zostają kompozytowe układy balistyczne zbudowane na bazie małogabarytowej ceramiki oraz kompozytów włóknistych. Omówiona została budowa nowoczesnych układów balistycznych, stosowane materiały oraz przygotowanie próbek. Wyniki badań odporności balistycznej zostały przedstawione w formie zdjęć rentgenowskich. Autorzy sugerują także możliwe zastosowania badanych układów hybrydowych w osobistych osłonach balistycznych.

15

Ballistic Helmet Development Using UHMWPE Fibrous Materials

Fejdyś M., Łandwijt M, Habaj W, Struszczyk M. H.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2015

|

Vol. 23, no. 1 (109)

89--97

EN

The main aim of the work was to develop a hybrid bullet- and fragment proof helmet protecting the user’s head against small arm ammunition and fragments as well as mechanical impacts. In the construction of the shell, the latest generation of ballistic materials were used, developed on the basis of para-amide fabric coated with a thermosetting resin and high molecular weight polyethylene (UHMWPE). The idea of the study was based on the thesis that the stable connection of two types of fibrous materials differing in their structure, topography as well as in the type of the polymer (para-aramid and polyethylene) will increase the ballistic resistance as well as allow to reduce the mass of the final products. The results of research in the field of the screening of fibrous materials, the process of elaboration as well as the design of bullet- and fragment-proof hybrid helmets are also presented. The ballistic helmets designed were verified within the wide scope of requirements described in PN-V-87001:2011 as well as in the NIJ Standards.

PL

Głównym celem pracy było opracowanie hybrydowego hełmu kulo- i odłamkoodpornego chroniącego głowę użytkownika przed pociskami małokalibrowej broni strzeleckiej oraz odłamkami i uderzeniami mechanicznymi. W konstrukcji czerepu zastosowano surowce balistyczne najnowszej generacji, na bazie których opracowano kompozyt składający się z preimpregnatu tkaniny para-amidowej powleczonej żywicą termoutwardzalną oraz polietylenu o bardzo dużym ciężarze cząsteczkowym (UHMWPE). Ideę badań oparto na tezie, że stabilne połączenie obu typów materiałów włóknistych, różniących się strukturą, topografią, jak również rodzajem polimeru (paraaramid oraz polietylen), zwiększy odporność balistyczną oraz pozwoli na zmniejszenie masy końcowych produktów. W pracy przedstawiono wyniki badań wytypowanych materiałów włóknistych, proces opracowania, jak również projektowania hybrydowego kulo- i odłamkoodpornego hełmu. Zaprojektowane hełmy balistyczne zweryfikowano w szerokim zakresie wymagań opisanych w normie PN-V-87001:2011, a także w normach NIJ Standards.

16

Pyramidal ceramic armor ability to defeat projectile threat by changing its trajectory

Stanislawek S., Morka A., Niezgoda T.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2015

|

Vol. 63, nr 4

843--849

EN

This paper presents a numerical study of a multilayer composite panel impacted by an AP (Armor Piercing) 14.5×114 mm B32 projectile. The composite consists of alternating layers of hard ceramic and a ductile aluminum alloy. While the alloy layer consists of typical plate, ceramics confront projectiles in the form of ceramic pyramids. The studied models are compared with a reference structure, which is a standard double layer panel. The problem has been solved with the usage of modeling and simulation methods as well as a finite elements method implemented in LS-DYNA software. Space discretization for each option was built with three dimensional elements ensuring satisfying accuracy of the calculations. For material behavior simulation, specific models including the influence of the strain rate and temperature changes were considered. A steel projectile and aluminum plate material were described by the Johnson-Cook model and a ceramic target by the Johnson-Holmquist model. The obtained results indicate that examined structures can be utilized as a lightweight ballistic armor in certain conditions. However, panels consisting of sets of ceramic prisms are a little easier to penetrate. Despite this fact, a ceramic layer is much less susceptible to overall destruction, making it more applicable for the armor usage. What is most important in this study is that significant projectile trajectory deviation is detected, depending on the impact point. Such an effect may be utilized in solutions, where a target is situated relatively far from an armor.

17

Optimization of two-component armour

Kędzierski P., Morka A., Sławiński G., Niezgoda T.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2015

|

Vol. 63, nr 1

173–-179

EN

The paper presents research on optimization of two-layer armour subjected to the normal impact of the 7.62x54 B32 armour piercing (AP) projectile. There were analysed two cases in which alumina Al2O3 was supported by aluminium alloy AA2024-T3 or armour steel Armox 500T. The thicknesses of layers were determined to minimize the panel areal density whilst satisfying the constraint, which was the maximum projectile velocity after panel perforation. The problem was solved through the utilization of LS-DYNA, LS-OPT and HyperMorph engineering software. The axisymmetric model was applied to the calculation in order to provide sufficient discretization. The response of the aluminium alloy, armour steel and projectile material was described with the Johnson-Cook model, while the one of the alumina with the Johnson-Holmquist model. The study resulted in the development of a panel optimization methodology, which allows the layer thicknesses of the panel with minimum areal density to be determined. The optimization process demonstrated that the areal density of the lightest panel is 71.07 and 71.82 kg/m2 for Al2O3-Armox 500T and Al2O3-AA2024-T3, respectively. The results of optimization process were confirmed during the experimental investigation.

18

Propozycja wprowadzenia normy obronnej dotyczącej badania osłon balistycznych

Kozera B., Sidelnik P.

Problemy Techniki Uzbrojenia

|

2014

|

R. 43, z. 132

55--63

PL

Artykuł zawiera krótki przegląd norm obowiązujących w Polsce oraz NATO dotyczących badań odporności balistycznej, osłon różnego typu. W ramach przeglądu norm podkreślone zostały różnice pomiędzy zapisami poszczególnych dokumentów oraz ich unikatowe zapisy. Przegląd jest podstawą do zaproponowania wprowadzenia nowej Normy Obronnej opisującej badania wszelkiego rodzaju osłon balistycznych. Dokument ten ma składać się z normy głównej, opisującej główne zagrożenia i podstawowe definicje, oraz norm szczegółowych opisujących metody badań poszczególnych rodzajów osłon. Norma Obronna ma jednocześnie stać się implementacją dokumentów standaryzacyjnych NATO tj. STANAG 2280, STANAG 2920, STANAG 4569 i dokumentów z nimi powiązanych.

EN

The paper consists of a brief overview of current Polish and NATO standards on testing ballistic protective materials and products. In the review most important differences between particular standards were highlighted with some of their unique provisions. The overview is a basis for introduction of a new Polish Military Standard on testing all types of ballistic materials and products. The standard will be composed from a main standard describing general threats and basic definitions, and detailed standards describing specific test methods for different types of ballistic protection. This Military Standard will also become an implementation of NATO standardization documents, such as STANAG 2280, STANAG 2920, STANAG 4569 and other documents associated with them.

19

Functionally deformable ballistic material systems involving ceramics – design making and testing

Habaj W., Cegła M., Podgórzak P., Stępniak W.

Problemy Techniki Uzbrojenia

|

2014

|

R. 43, z. 131

41--47

EN

The article introduces the problem of protection against new pistol ammunition with armor piercing capabilities. As an answer to this threat the idea of deformable armor is presented. The materials used and the construction of samples are described. The results of ballistic test of composite armor samples against 4.6x30 mm DM31 projectiles are presented by X-ray photographs. The authors also suggest possible applications of these deformable armor systems.

PL

Artykuł porusza zagadnienie ochrony przed nowoczesną amunicją pistoletową o właściwościach przeciwpancernych. Jako odpowiedź na to zagrożenie, przedstawiona zostaje idea pancerza odkształcalnego. Opisane zostały użyte materiały, konstrukcja próbek oraz wyniki badań odporności balistycznej tych układów przeciwko pociskom kalibru 4,6x30 mm typu DM31. Wyniki badań przedstawione są w formie zdjęć rentgenowskich ostrzelanych układów. Autorzy sugerują także możliwe zastosowanie funkcjonalnie odkształcalnych osłon balistycznych.

20

Development of Lightweight Bulletproof Vest Inserts with Increased Protection Capability

Cegła M., Habaj W., Podgórzak P.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2014

|

Vol. 5, Nr 3 (17)

23-34

EN

The paper presents a problem of protection against modern pistol ammunition with increased armour-piercing capabilities. Traditional bulletproof vests made of polyethylene or aramid fiber-based fabrics give acceptable protection against lead-core pistol ammunition and fragments but they are insufficient for AP steel core penetration. In such case, the use of ceramic materials is essential. The article presents results of ballistic tests of composite material sets involving silicon carbide (SiC) and boron carbide (B₄C) ceramics against 5.7 × 28 and 4.6 × 30 mm projectiles. Primary aspects of concealed bulletproof vest construction are also described.