Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Estimation of ballistic performance of armor steels based on the split Hopkinson shear bar data

Walicki Marek, Janiszewski Jacek, Cieplak Kamil

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2022

|

Vol. 60 nr 1

129--140

EN

The paper presents a method of assessing of ballistic resistance of four armor steels based on the results of shear tests under dynamic load conditions. All shear tests were performed using a newly developed flat material specimen with two shear zones. High strain-rate experiments were performed using the spilt Hopkinson pressure bar technique. In addition, the V50 ballistic resistance tests for the armor steels were carried out. The maximum value of the shear strain energy density (SSED) was adopted as the evaluation criterion. The SSED parameter takes the highest average value for the armor steel with the highest ballistic resistance.

2

Skuteczność ochronna blach pancernych ze stali nanobainitycznej

Marcisz Jarosław, Garbarz Bogdan, Stępień Jerzy, Tomczak Tymoteusz, Starczewski Lech, Nyc Robert, Gmitrzuk Michał, Gołuński Marcin

Journal of Metallic Materials

|

2020

|

Vol. 72, no. 1

21--38

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań odporności na przebicie blach ze stali nanobainitycznej o grubości w zakresie 6÷9 mm za pomocą pocisków o zróżnicowanym mechanizmie penetracji. Testy ostrzałem prowadzono stosując amunicję kal. 7,62×39 mm BZ zgodnie z wymaganiami dokumentu standaryzacyjnego NATO Stanag 4569A (poziom 2) oraz amunicję kal. 7,62×54R mm B32 w celu wyznaczenia parametru V50 dla wytypowanych wariantów i grubości blach. Blachy arkuszowe stanowiące materiał badań wytworzono w skali przemysłowej z dwóch wytopów o różnym składzie chemicznym. Arkusze blach ze stali nanobainitycznej poddano obróbce cieplnej obejmującej austenityzowanie, regulowane chłodzenie i bezpośrednie wygrzewanie izotermiczne, której parametry zoptymalizowano w celu uzyskania jak najwyższej zdolności ochronnej. W miejscach oddziaływania pocisku z blachą przeprowadzono badania mikrostruktury w celu szczegółowej analizy skutków ostrzału. Uzyskane wyniki badań wskazały graniczne wartości prędkości pocisków oraz grubości blach dla których ochrona balistyczna jest skuteczna. Określono zakres właściwości mechanicznych wyznaczanych w statycznej próbie rozciągania oraz rodzaj mikrostruktury, w tym zawartość i postać austenitu resztkowego, gwarantujące spełnienie wymaganego poziomu odporności na przebicie. Na podstawie wyników testów ostrzałem wytypowano warianty obróbki cieplnej dla blach o określonej grubości, przeznaczonych na opancerzenie kontenera obserwacyjno-obronnego. Badania i testy wykonano w ramach projektu POIR 04.01.04-00-0047/16, którego głównym celem jest obniżenie masy opancerzenia kontenera LOOK.

EN

The article presents the results of tests on resistance to perforation of nanobainitic steel plates with a thickness in the range of 6-9 mm with the use of projectiles with different perforation mechanisms. Firing tests were carried out using 7.62×39 mm BZ ammunition in accordance with the requirements of the NATO Stanag 4569A standard document (level 2) and 7.62×54R mm B32 ammunition to determine the V50 parameter for selected variants and plate thickness. The plates constituting the testing material were manufactured on an industrial scale from two heats with different chemical composition. The nanobainitic steel plates were subjected to heat treatment including austenitisation, controlled cooling and direct isothermal annealing, the parameters of which were optimised in order to achieve the highest protective capacity. Microstructure studies were carried out in places where the projectile and the plate interacted, in order to analyse the effects of firing in detail. The obtained test results indicated limit values of projectile velocities and plate thicknesses for which ballistic protection is effective. The range of mechanical properties determined in a static tensile test as well as the type of microstructure were determined, including the content and form of retained austenite, guaranteeing compliance with the required level of resistance to perforation. Based on the results of the firing tests, heat treatment variants were selected for plates of a certain thickness intended for the armour of an observation and protective container. The studies and tests were carried out as part of the POIR 04.01.04-00-0047/16 project, the main goal of which is to reduce the weight of a LOOK container armour.

3

Analysis of Ballistic Resistance of Composites with EN AW-7075 Matrix Reinforced with Al2O3 Particles

Kurzawa A., Pyka A., Jamroziak K.

Archives of Foundry Engineering

|

2020

|

Vol. 20, iss. 1

73--78

EN

The paper presents the results of experimental-numerical tests of firing at aluminum composite materials. The test materials were manufactured by pressure infiltration of porous ceramic preforms made of α-Al2O3 particles in the amount of 30% and 40% by volume. The EN AW-7075 alloy was chosen as the material matrix, and the steel 7.62×39 mm (M 43) FMJ (Full Metal Jacket) intermediate ammunition was selected for firing. In the result of the experiment, the samples were perforated with a clear difference in the muzzle diameter. The projectile with fragments caused damage to up to three reference plates placed behind the samples (witness plates) in composites with 40% of particles by volume. The mechanics of crack propagation during ballistic impacts of the projectile was characterized based on microstructure studies. Then, using numerical analysis of impact load, the examination of composite materials puncture in the ABAQUS environment was carried out. The Finite Element Method (FEM) was employed for the discretization of geometric models using Hex elements. The Johnson-Cook constitutive model describing the relationship between stress and strain in metal-ceramic composites was applied for the analyses. Numerical models were then subjected to numerical verification using smoothed particle hydrodynamics (SPH). Based on the obtained results, it was found that the hybrid FEM/SPH method correlates significantly with the experimental results.

4

Optimisation of parameters for the production of perforated armour panels made of nanobainitic steel using dynamic hardness measurement methodology

Marcisz Jarosław, Garbarz Bogdan, Tomczak Tymoteusz, Janik Aleksandra, Starczewski Lech, Nyc Robert, Gmitrzuk Michał

Journal of Metallic Materials

|

2019

|

Vol. 71, no. 4

12--18

EN

The study is a continuation of the development of material characteristics in order to expand the range of products for the production of which nanostructured bainitic steels can be used. The tests included measurement of dynamic properties important in the material qualification process for firing tests and for other applications requiring dynamic wear resistance. The novelty of the implemented development of the innovative grade of nanostructured steel and the technology of manufacturing products - including armour systems containing perforated panels made of this grade of steel, consisted in developing the basics of dynamic hardness measurement methods and dynamic indentation tests using a Gleeble simulator.

PL

W pracy kontynuowano opracowywanie charakterystyk materiałowych w celu poszerzenia asortymentu wyrobów, do wytwarzania których można zastosować stale nanostrukturalne bainityczne. Badania obejmowały pomiary właściwości dynamicznych istotnych w procesie kwalifikacji materiału do testów ostrzałem oraz do innych zastosowań wymagających odporności na zużycie dynamiczne. Nowość realizowanego rozwoju innowacyjnego gatunku stali nanostrukturalnej oraz technologii wytwarzania wyrobów - w tym systemów opancerzenia zawierających blachy perforowane z tego gatunku stali, polegała na opracowaniu podstaw metody pomiaru twardości dynamicznej oraz testów wgłębiania dynamicznego z zastosowaniem symulatora Gleeble.

5

Correlation of mechanical properties and resistance to perforation of armour elements made of nanostructured bainitic steel

Marcisz Jarosław, Garbarz Bogdan, Walnik Bartłomiej

Journal of Metallic Materials

|

2019

|

Vol. 71, no. 2

14--22

EN

The aim of the paper is to determine the correlation between mechanical properties determined in quasi-static tensile tests and dynamic compression tests, and resistance to perforation and cracking in firing tests of nanostructured bainitic steel sheets. The relationship between mechanical characteristics and ballistic resistance makes it possible to specify and optimise the production parameters of steel elements for armour and shields providing ballistic protection. As a result of the tests, the level of mechanical parameters and the type of microstructure, as well as the minimum thickness of the nanostructured bainitic steel sheet, ensuring compliance with the requirements of level 2 ballistic protection according to Stanag 4569, were determined.

PL

Przedmiotem artykułu jest ustalanie korelacji pomiędzy właściwościami mechanicznymi wyznaczonymi w quasistatycznych testach rozciągania i dynamicznych testach ściskania a odpornością na przebicie i na pękanie w testach ostrzałem blach ze stali nanostrukturalnej bainitycznej. Zależności pomiędzy charakterystykami mechanicznymi a wskaźnikami odporności balistycznej umożliwiają uściślenie i zoptymalizowanie parametrów wytwarzania elementów stalowych do zastosowań na pancerze i osłony przed ostrzałem. W wyniku badań ustalono poziom parametrów mechanicznych i rodzaj mikrostruktury oraz minimalną grubość blachy ze stali nanostrukturalnej bainitycznej, zapewniające spełnienie wymagań poziomu ochrony balistycznej 2 wg Stanag 4569.

6

Ballistic testing of additional armour demonstrators

Płonka B., Płonka K., Rajda M.

Szybkobieżne Pojazdy Gąsienicowe

|

2018

|

nr 1 (47)

59--67

EN

The article presents the methodology and results of armour ballistic resistance testing. The armour was designed and manufactured by the Institute of Non-ferrous Metals, Light Metals Division (IMN OML) in cooperation with LUBAWA S.A. Additional armour was made of multi-layer materials, including special ceramics and light metals. The method of creating armour demonstrators for Armstal armoured steel 6 mm, 8 mm and 10 mm thick armour is presented. Description and possible applications of object demonstrator designed and manufactured by "OBRUM" sp. z o.o are also given. All of the armour and the object demonstrators were designed to be tested in accordance with STANAG 4569 and AEP 55 standards. Ballistic tests of the armour demonstrators showed positive results according to standard requirements for 8 out of 9 demonstrators. The research results show that the object demonstrator is suitable for conducting a wide range of tests in accordance with the standards.

7

Badania balistyczne demonstratorów opancerzenia dodatkowego

Płonka B., Remsak K., Rajda M.

Szybkobieżne Pojazdy Gąsienicowe

|

2018

|

nr 1 (47)

7--16

PL

W artykule przedstawiono metodykę i badania kuloodporności pancerzy dodatkowych. Pancerze zaprojektowano i wykonano wspólnie przez Instytut Metali Nieżelaznych, Oddział Metali Lekkich (IMN OML) i firmę LUBAWA S.A. Pancerze dodatkowe zbudowane były z materiałów wielowarstwowych zawierających ceramikę specjalną i metale lekkie. Zaprezentowano sposób tworzenia demonstratorów pancerzy dodatkowych dla pancerza podstawowego ze stali pancernej Armstal grubości 6 mm, 8 mm i 10 mm. Zamieszczono opis i możliwości zastosowania demonstratora obiektu zaprojektowanego i wykonanego przez Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Urządzeń Mechanicznych „OBRUM” sp. z o.o. Demonstratory pancerzy, jak i obiektu zostały tak zaplanowane, aby można było prowadzić badania zgodnie z normą STANAG 4569 i AEP 55. Przeprowadzone badania ostrzałem demonstratorów pancerzy wykazały spełnienie warunków normy dla 8 z 9 badanych. Uzyskane wyniki badań potwierdziły przydatność demonstratora obiektu do prowadzenia testów w szerokim zakresie zgodnie z normą.

EN

The article presents the methodology and results of armour ballistic resistance testing. The armour was designed and manufactured by the Institute of Non-ferrous Metals, Light Metals Division (IMN OML) in cooperation with LUBAWA S.A. Additional armour was made of multi-layer materials, including special ceramics and light metals. The method of creating armour demonstrators for Armstal armoured steel 6 mm, 8 mm and 10 mm thick armour is presented. Description and possible applications of object demonstrator designed and manufactured by "OBRUM" sp. z o.o are also given. All of the armour and the object demonstrators were designed to be tested in accordance with STANAG 4569 and AEP 55 standards. Ballistic tests of the armour demonstrators showed positive results according to standard requirements for 8 out of 9 demonstrators. The research results show that the object demonstrator is suitable for conducting a wide range of tests in accordance with the standards.

8

Layered composite increasing the resistance of patrol and intervention vehicles to the impact of improvised explosive devices (IED) from below

Szudrowicz M.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2018

|

Vol. 20, no. 1

9--15

EN

Model layered composites were made of polyester resin reinforced with layers of glass fibre and aramid fibre fabrics. The fabrics for the study were selected in a manner enabling the comparison of their ballistic resistance depending on the material type and density. Additionally, aluminium plates were used to produce the composites.The study examined the resistance of the model composites to 1.1 g fragment simulating projectile (FSP) penetration, their susceptibility to deformation caused by shock waves produced by pure TNT charges, and their resistance to the effects of detonation of model improvised explosive devices (IED) containing fragments in the form of bearing balls. The analysis and optimisation of the test results enabled the selection of a layer configuration combining the materials studied that has the lowest area density and that protects car bottom structures against perforation in the case of a detonation of a small improvised explosive device.

PL

Wykonano modelowe kompozyty warstwowe do budowy których wybrane zostały: żywica poliestrowa zbrojona warstwami tkanin z włókien szklanych i aramidowych. Tkaniny do badań dobrano w sposób umożliwiający porównanie odporności balistycznej w zależności od rodzaju materiału i gęstości. Dodatkowo do konstrukcji kompozytów użyto blachy aluminiowej. Zbadano odporność wykonanych modeli kompozytów na przebicie pociskami symulującymi odłamek (FSP) o masie 1,1 g, ich podatność na deformację w wyniku oddziaływania fali uderzeniowej czystych ładunków trotylu, odporność na detonację modelowych improwizowanych urządzeń wybuchowych IED, zawierające odłamki w postaci kulek łożyskowych. Analiza i optymalizacja wyników badań eksperymentalnych pozwoliła dobrać układ warstwowy, będący kombinacją badanych materiałów, o najmniejszej gęstości powierzchniowej chroniący dno samochodów przed przebiciem w przypadku detonacji małego improwizowanego ładunku wybuchowego.

9

Stanowisko do badań opancerzenia dodatkowego

Grabania M. Ł., Pilny A.

Szybkobieżne Pojazdy Gąsienicowe

|

2016

|

nr 2 (40)

37--42

PL

Artykuł opisuje zaprojektowane w Biurze Konstrukcji OBRUM sp. z o.o. stanowisko przeznaczone do badań opancerzenia dodatkowego na odporność balistyczną. Omówiono podstawowe cechy zaprojektowanego stanowiska, pozwalające na badania modułów opancerzenia na zgodność z wymaganiami normy STANAG AEP-55. Konstrukcja składana stanowiska umożliwia jego przewóz dostępnymi środkami transportu. Rozwiązanie przewiduje możliwość badań z zabudowanym, dodatkowym elementem – spall linerem. W podsumowaniu przedstawiono możliwe do wykorzystania obszary zastosowań.

EN

The paper describes a stand designed by the OBRUM's Design Office for testing ballistic resistance of additional armour. Discussed are the basic features of the stand that enable testing compliance of armour modules with the requirements of STANAG AEP-55. Collapsible design of the stand makes it a portable piece of equipment that may be carried using the available means of transport. The design enables testing armour provided with an additional component – spall liner. Possible areas of application are presented.

10

Stand for testing add-on armour

Grabania M. Ł., Pilny A.

Szybkobieżne Pojazdy Gąsienicowe

|

2016

|

nr 2 (40)

83--87

EN

The paper describes a stand designed by the OBRUM's Design Office for testing ballistic resistance of additional armour. Discussed are the basic features of the stand that enable testing compliance of armour modules with the requirements of STANAG AEP-55. Collapsible design of the stand makes it a portable piece of equipment that may be carried using the available means of transport. The design enables testing armour provided with an additional component – spall liner. Possible areas of application are presented.

11

Stanowisko badawcze

Grabania M. Ł., Pilny A.

Szybkobieżne Pojazdy Gąsienicowe

|

2015

|

nr 3 (38)

165--168; 169--172

PL

W artykule omówiono podstawowe cechy zaprojektowanego stanowiska do badań ostrzałem próbek opancerzenia. Odniesiono się do wyników badań poznawczych przeprowadzonych w Dziale Badawczym Zakładów Mechanicznych „Tarnów” S.A. We wnioskach przedstawiono możliwości rozwojowe opracowanej konstrukcji.

EN

The paper discusses the basic features of a stand developed for gunfire-testing of armour plating samples. Reference is made to the results of research carried out at the Research Department of the Zakłady Mechaniczne Tarnów S.A. Conclusions include prospects for further development of the design.

12

Właściwości mechaniczne i balistyczne kompozytów polimerowych wytwarzanych metodą VARTM

Gmitrzuk M., Smoczyński Z.

Przemysł Chemiczny

|

2014

|

T. 93, nr 2

246-250

PL

Przedstawiono wyniki badań mechanicznych i balistycznych właściwości kompozytów polimerowych prowadzonych metodą VARTM (vacuum-assisted resin transfer molding). Do badań użyto tkanin węglowych i szklanych o strukturze czteroosiowej [45, 0, -45, 90] i gramaturze ok. 600 g/m² utworzonych z włókien jednokierunkowych. Oznaczono wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość na zginanie oraz udarność Charpy’ego próbek wykonanych z płyt balistycznych węglowych i szklanych, w temp. -40°C, 20°C oraz 50°C. Badania balistyczne zakładały wykonanie prób ostrzałem odłamkiem standardowym o masie 1,1 g zgodnie z dokumentem standaryzacyjnym Stanag 2920. Za ich pomocą wyznaczono granicę balistyczną V50 poszczególnych płyt. Wykazano, że granica balistyczna odłamka standardowego dla kompozytów o tej samej liczbie warstw wzmocnienia, lecz różnym rodzaju tkaniny różni się o ok. 10%.

EN

Three C and glass textiles-reinforced epoxy resin-matrix composites were produced by vacuum-assisted resin transfer molding and studied for mech. properties (tensile, bending and Charpy impact strength) at -40°C, 20°C and 50°C and for ballistic limits (1.1 g fragmentation fire). The glass textile-reinforced composites showed higher tensile but lower impact strengths than the C textile-reinforced composites. The C textile-reinforced composite showed the highest ballistic limit 653.4 m/s.

13

Badania zmęczeniowe elastycznych wkładów do kamizelek kuloodpornych z wykorzystaniem maszyny wytrzymałościowej Zwick-Roell Z100

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

Problemy Techniki Uzbrojenia

|

2014

|

R. 43, z. 129

27--38

PL

Ważną cechą wkładów balistycznych do lekkich kamizelek skrytego noszenia jest możliwość dopasowania do ciała użytkownika. Wiąże się to z wielokrotnym odkształcaniem wkładu podczas wkładania i zdejmowania kamizelki. W pracy przedstawiono problemy związane z badaniami zmęczeniowymi elastycznych próbek układów balistycznych na bazie małogabarytowej ceramiki z tlenku glinu i węglika krzemu. Procesowi zmęczenia mechanicznego ulega przede wszystkim warstwa kleju służąca do powierzchniowego połączenia płytek ceramicznych tworzących wkład balistyczny. Przedstawione zostały możliwości badawcze maszyny wytrzymałościowej Zwick-Roell Z100, sposób wykonania próbek układów balistycznych oraz przyjęta procedura badawcza próbek. Wyniki badań zmęczeniowych przedstawione są w formie porównania zdjęć rentgenowskich badanych próbek układów balistycznych przed i po procesie zmęczenia. Zaprezentowano wyniki badań odporności balistycznej próbek układów balistycznych, przed i po procesie zmęcznia, na pociski amunicji 5,7x28 mm SS190.

EN

An important characteristic of the ballistic inserts for concealed bulletproof vests is the possibility of adjustment to the body of the user. Multiple stress occurs in everyday use. The article presents problems connected with carrying out fatigue tests of elastic inserts for bulletproof vests made of small-size alumina and silicon carbide ceramics. Fatigue stress has influence mainly on the state of the adhesive layer used to connect ceramic tiles constructing the bulletproof insert. Research capabilities of the Zwick-Roell Z100 testing machine, sample preparation and sample testing procedure are presented. Results of fatigue tests are shown in form of comparison of X-ray photographs of tested samples before and after fatigue procedure. The authors also present results of ballistic tests of samples of elastic bullet proof inserts before and after the fatigue tests against the 5,7x28 mm SS190 projectiles.

14

Konstrukcja lekkiego pancerza balistycznego dla pojazdów specjalnego przeznaczenia w aspekcie jego właściwości osłonowych i składu fazowego

Śliwiński M., Kucharczyk W.

Logistyka

|

2014

|

nr 3

6236--6245

PL

W pracy przedstawiono wstępny projekty lekkiej osłony balistycznej służącej jako osłona przeciwminowa dla lekkich pojazdów specjalnego przeznaczenia. Do projektu wybrano polimerowe materiały kompozytowe, ze względu na ich bardzo dobre właściwości fizyczne. Wysoka wytrzymałość i mała gęstość kwalifikują te materiały do celów militarnych. Zaprojektowana osłona balistyczna została poddana symulacyjnym próbom obciążeniowym w programie Inventor, a następnie symulacjom wytrzymałościowym na detonacje materiału wybuchowego w programie ANSYS. Wykonane w programie ANSYS obliczenia wytrzymałościowe, pozwoliły stwierdzić na jak wielkie naprężenia, powstałe podczas wybuchu, jest odporna taka osłon. Stwierdzono, że lekkie osłony balistyczne, o zaprojektowanej konstrukcji i składzie materiałowym, nie nadają się na osłony przeciwminowe ciężkich pojazdów pola walki, ale mogą być wykorzystane do pojazdów specjalnych lekkiego opancerzenia. W pracy sformułowano także wnioski dotyczące zalet i wad zaprojektowanej osłony balistycznej.

EN

The thesis presents a tentative design of the light ballistic shield used as a counter-mine shield for special purpose of light vehicles. For the project plastics were chosen according to their excellent physical properties. The high durability in comparison to the low density classifies these materials for the military goals perfectly. The ballistic shield constructed this way was put to the load test in the application Inventor. Then its endurance for explosions was tested in the application ANSYS. Calculations of endurance prepared in application ANSYS show how high pressure force initiated by the explosion can the shield stand. It turned out that the light ballistic shields with such a construction cannot be used as counter-mine cover for heavy vehicles in the battlefield but they can be used in special purpose of light vehicles. The thesis also forms conclusions about advantages and disadvantages of the designed ballistic shield.

15

Wyznaczenie współczynników oporu materiału osłonowego wykonanego ze stali 10GHMBA

Flis L., Sperski M.

Przegląd Mechaniczny

|

2013

|

nr 2

18--24

PL

Posługując się licencjonowanymi programami komputerowymi, opartymi na metodzie elementów skończonych, przeprowadzono symulacje numeryczne procesu wnikania sztywnego pocisku w pancerze o różnych grubościach. Przyjęto sprężysto-plastyczny model materiału według równania Johnsona-Cooka. Na podstawie pomiarów prędkości pocisków kalibru 12,7 mm, przebijających stalowe tarcze o znanych właściwościach wytrzymałościowych wyznaczono wartości liczbowe współczynników występujących w równaniach ruchu pocisku, bazujących na kilku odmiennych modelach obliczeniowych. Przeprowadzono szereg obliczeń porównawczych, mających na celu ocenę dokładności badanych modeli. Rezultaty badań mogą być pomocne w projektowaniu osłon balistycznych narażonych na ostrzał pociskami karabinowymi.

EN

Using a licensed computer programs, based on the finite element method, numerical simulations of the process of penetration of a rigid projectile shells of different thicknesses, constructed of elastic-plastic material according to the Johnson-Cook model were carried out. Based on measurements of velocity projectiles caliber 12,7 mm, steel piercing blades of known strength properties there were determined the numerical values of coefficients appearing in the equations of projectile motion, based on several different physical models. A series of comparative calculations, to assess the accuracy of the models tested were performed. The results may be helpful in designing ballistic missiles vulnerable to rifle fire.

16

Test of ballistic resistance of composite materials used for protection of special vehicle crews

Szudrowicz M.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 2

81--85

EN

Model composites were made, for which the following components were selected: epoxy resin reinforced with layers of NCF (non-crimped fabric) with appropriately oriented glass, carbon and aramid fibres. The fabrics for the test were selected so as to allow the comparison of ballistic resistance depending on the type of material, thickness and sequence of fabric. Resin infusion technology was used in preparing the composites. The resistance of the composite models was tested for penetration with: 9x19 mm FMJ projectiles, at a bullet impact speed of ca. 360 m/s, fragment simulating projectiles (FSP) with a mass of 1.1 g and fragments of a model IED improvised explosive device containing fragments in the form of 3/16” bearing balls. Carbon composites have the highest resistance to perforation with a 1.1 g FSP fragment simulating projectiles of all the materials tested. The ballistic limit of a four-directional carbon composite with a surface density of 5.5 kg/m2 is 305 m/s, and for a surface density of 21 kg/m2 the ballistic limit is 780 m/s. The ballistic resistance of the carbon composite is related to its high shear strength - the highest of all the materials tested. In reference to the model of composite damage by the projectile, this means that the first stage of penetration, in which the material is compressed and subject to shearing force, is the determining factor in resistance to perforation.

PL

Wykonano modelowe kompozyty, do budowy których wybrano: żywicę epoksydową zbrojoną warstwami tkanin NCF (non-crimped fabric) o odpowiednio zorientowanych włóknach szklanych, węglowych i aramidowych. Do wytworzenia kompozytu wykorzystana została technologia infuzji żywicy. Zbadano odporność wykonanych modeli kompozytów na przebicie: pociskami kalibru 9x19 mm FMJ, przy prędkości uderzenia pocisków ok. 360 m/s, pociskami symulującymi odłamek (FSP) o masie 1,1 g, odłamkami modelowego improwizowanego urządzenia wybuchowego zawierającego odłamki w postaci kulek łożyskowych 3/16”. Spośród zbadanych materiałów kompozyty węglowe charakteryzują się największą odpornością na przebicie pociskami symulującymi odłamek FSP 1,1 g. Granica balistyczna kompozytu węglowego czterokierunkowego o gęstości powierzchniowej 5,5 kg/m2 wynosi 305 m/s, a o gęstości powierzchniowej 21 kg/m2 granica balistyczna wynosi 780 m/s. Odporność balistyczna kompozytu węglowego jest związana z jego wysoką wytrzymałością na ścinanie, najwyższą ze wszystkich zbadanych materiałów. W odniesieniu do modelu niszczenia kompozytów przez pociski oznacza to, że pierwszy etap penetracji, w którym kompozyt jest ściskany i ścinany, jest dominującym etapem mającym wpływ na odporność na perforację.

17

Numerical analyses of ceramic/metal ballistic panels subjected to projectile impact

Morka A., Nowak J.

Journal of KONES

|

2012

|

Vol. 19, No. 4

465-472

EN

The paper concerns research and development on modern, ceramic-based, protective layers used in the armour of tanks, combat vehicles and aeroplanes. A task of ceramic panels is reduction and dispersion of localized kinetic energy before a projectile or its fragment approaches the interior of protected object. The numerical investigations have been performed to determine the ballistic resistance of ceramic/metal panels subjected to projectile impact. The impact of the 7.62mm armour-piercing projectile on the ceramic elements backed by a metal plate was analyzed. The tested panels were composed of a ceramic layer (Al2O3, SiC or B4C) and a metal layer (7017 aluminium alloy, Armox 500T steel or Ti6Al-4 titanium alloy). Different shapes of ceramic elements were analyzed, including hemispheres and pyramids, with respect to standard flat tiles. The influence of the impact point location was also taken into considerations. The computer simulations were performed with the Finite Element Method implemented in LS-DYNA code. Full 3D models of the projectile and targets were developed with strain rate and temperature dependent material constitutive relations. The conclusions presented in the paper can be applied to develop modern impact protection panels in which the appropriate balance between the mass and protection level must be accomplished.

18

Sprzężona eksperymentalno-numeryczna analiza przebicia konstrukcji wielowarstwowej przez pocisk 7,62×54R typu B32

Morka A., Niezgoda T., Nowak J.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2012

|

Vol. 61, nr 3

84-96

PL

W pracy zaprezentowano wyniki eksperymentalno-numerycznych badań nad przebiciem konstrukcji warstwowych przez pocisk kalibru 7,62 mm. Przedstawione analizy poprzedzone były badaniami optymalizacyjnymi, których celem był dobór konfiguracji dodatkowej warstwy ochronnej dla pancerza pojazdu wojskowego. Badaniom poddano warstwy składające się z elementów wykonanych ze stali Armox 500T, aluminium PA11 i ceramiki Al₂O₃ . Przeprowadzono dwa typy badań: badania przebijalności pancerza przez pocisk i badania efektywności zastosowanych rozwiązań. Badania eksperymentalne rejestrowano przy użyciu szybkiej kamery z prędkością 180 000 zdjęć na sekundę. Analizy numeryczne przeprowadzono z wykorzystaniem kodu programu LS-Dyna. Kryterium oceny efektywności proponowanych rozwiązań stanowiła prędkość pocisku po przebiciu warstwy ochronnej.

EN

The paper presents the results of experimental and numerical investigation of the perforation of ballistic panels by 7.62-mm projectiles. The presented analyses were preceded by optimization studies of the selection of an additional protective layer configuration for armour of military vehicle. The test panels were constructed of Armox 500T steel, PA11 aluminum, and Al₂O₃ ceramic elements. Experimental studies of panels’ penetration by a projectile and investigations of effectiveness of the proposed structures were performed. The studies were registered with the use of the camera for fast shooting (Fantom v12). An image was recorded with the frequency of 180.000 shoots per second. Numerical analysis was carried out with the use of the LS-Dyna system. The efficiency criterion of the proposed panels was the residual velocity of the projectile after perforation of the protective layers.

19

On the modelling of penetration/perforation problems

Morka A.

Journal of KONES

|

2010

|

Vol. 17, No. 1

291-297

EN

The aim of this paper was to present the main aspects of the numerical modelling within the scope of penetration/perforation problems. The most important stages of the computer model development were discussed in detail. They include the study of the hypervelocity impact physics, selection of the numerical solution method, problem discretization in time (time step) and space (mesh/grid), constitutive models consideration, Initial Boundary Conditions (IBC) and finally choice of the results form for analysis and discussion. The Computer simulations were performed with the Element Free Galerkin Method (EFG) implemented in LS-DYNA code. An impact of the 12. 7x108 mm B32 armour piercing projectile on the selected targets was analyzed. Full SD models of the projectile and targets were developed with strain rate and temperature dependent material constitutive relations. The models of the projectile, ceramic and aluminium alloy targets were validated with utilization of the experimental infield tests and data found in literature. The obtained results confirm that EFG method can be considered for numerical solving of the penetration/perforation problems. The errors in Depth of Penetration have not exceeded 20% as compared numerical and experimental results. The conclusions presented in this paper can be applied to develop modern impact protection panels where the appropriate balance between the mass and protection level must be accomplished.

20

Numerical study of the projectile trajectory disturbing during the oblique impacts

Morka A., Niezgoda T.

Journal of KONES

|

2010

|

Vol. 17, No. 3

307-312

EN

The numerical investigations have been performed to determine the effect of the projectile trajectory disturbing during oblique impacts. An impact of the 14.5x118 mm B32 armour piercing projectile on the A12O3 different shape elements backed by 7017 aluminum alloy plate was analyzed. The oblique impact was realized by different shapes of the frontal ceramic elements, including hemispheres and pyramids, with respect to standard flat tiles. The influence of the impact point location was also under considerations. The Computer simulations were performed with the Element Free Galerkin Method (EFG) implemented in LS-DYNA code. full 3D models of the projectile and targets were developed with strain rate and temperature dependent material constitutive relations. The Johson-Cook model was applied to describe the metallic parts, while the ceramic was modelled by Johnson-Holmquist constitutive relations. The models of the projectile, ceramic and aluminium alloy targets were validated with utilization of the experimental datafound in literature. The obtained results confirmed that the projectile trajectory undergoes essential deviation because of the projectile angular velocity. The conditions for maximizing the value of this angular velocity were studied and it is possible to reach several radians per millisecond. The conclusions presented in this paper can be applied to develop modern impact protection panels where the appropriate balance between the mass and protection level must be accomplished.