Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numerical and Experimental Comparative Analysis of Ballistic Performance of Packages Made of Biaxial and Triaxial Kevlar 29 Fabrics

Pinkos Justyna, Stempien Zbigniew

Autex Research Journal

|

2020

|

Vol. 20, no. 2

203--219

EN

The objective of this study is a comparative analysis of the ballistic effectiveness of packages made of biaxial and triaxial Kevlar 29 fabrics under the hitting of Parabellum 9×19 bullet. We conduct both numerical simulations using the LS-Dyna program and experimental research in a ballistic research laboratory. Based on the comparative analysis of the results from the numerical and experimental research, demonstrated differences exist in the ballistic effectiveness between the packages made of biaxial fabrics and the packages consisting of triaxial fabrics. For this purpose, the residual velocity of the bullet is analyzed in detail in terms of the maximum deformation cone, the shape of the deformation cone, and the distribution of stress for the textile ballistic packages. It is established that the packages made of triaxial fabric show a considerably smaller deformation cone compared with the packages made of biaxial fabric, a more favorable shape of the deformation cone from the perspective of ballistic trauma and distribution of stress similar to materials with isotropic properties. Poorer properties are recorded for these packages in the case of the minimum number of layers necessary for stopping the bullet, which arises from the open-work structure of the fabric.

2

Comparison of Mechanical Properties of Biaxial and Triaxial Fabric and Composites Reinforced by Them

Barburski Marcin, Urbaniak Mariusz, Samal Sanjeeb Kumar

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2019

|

Vol. 27, no. 1 (133)

37--44

EN

In this article, the mechanical properties of biaxial and triaxial woven aramid fabric and respective reinforced composites were investigated. Both fabrics had the same mass/m2. The first part of the experimental investigation was focused on the mechanical properties of different non-laminated aramid fabrics (biaxial and triaxial). The second part was concerned with the mechanical properties of composites made of a different combination of layers of fabric reinforced with an epoxy resin matrix in the order of biaxial+biaxial, trixial+triaxial and biaxial+triaxial. The composites were tested for tensile strength, flexural strength, strain and Young’s and flexural modulus. It can be seen from the results that the density and direction of the yarns are the most important parameters for determination of the strength of the fabric reinforced composite. The biaxial composite clearly showed better tensile strength, while the bi-tri axial order showed good flexural strength compared to the other composite combinations. These fabric reinforced composites have suitable applications in the areas of medical, protection and in the automotive industries.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych tkaniny aramidowej dwuosiowej i trójosiowej oraz kompozytów duroplastycznych wzmocnionych tymi tkaninami. Obie tkaniny posiadały tę samą masę powierzchniową. Pierwsza część badań eksperymentalnych skupiona była na analizie właściwości mechanicznych obu tkanin aramidowych. Druga część dotyczyła analizy właściwości mechanicznych kompozytów wzmocnionych tkaninami w różnej konfiguracji: dwuosiowa + dwuosiowa, trójosiowa + trójosiowa,dwuosiowa + trójosiowa. Zbadano wytrzymałości na rozciąganie oraz zginanie, odkształcenie i moduł Younga trzech kompozytów w kierunku wzdłużnym, poprzecznym oraz pod kątem 45°. Na podstawie wyników stwierdzono, że liczność oraz kierunek przędzy są najważniejszymi parametrami określającymi wytrzymałość kompozytu wzmocnionego tkaniną. Kompozyt wzmocniony dwiema warstwami tkaniny dwuosiowej wykazywał wyraźnie lepszą wytrzymałość na rozciąganie. Kompozyt wzmocniony tkaniną trójosiową i dwuosiową wykazał się największą sztywnością zginania. Tego typu wyroby kompozytowe mogą mieć szerokie zastosowanie w obszarach przemysłu medycznego, ochronnego i motoryzacyjnego.

3

Modelowanie wielowarstwowych osłon balistycznych minimalizujących skutki udaru

Pinkos Justyna

Zeszyty Naukowe. Włókiennictwo / Politechnika Łódzka

|

2018

|

z. 74

5--65

PL

Głównym celem przedstawionej rozprawy doktorskiej była analiza efektywności balistycznej wielowarstwowych tekstylnych osłon złożonych z tkanin dwuosiowych i trójosiowych oraz ocena skutków udaru balistycznego po niepenetrującym uderzeniu pocisku. Badania efektywności balistycznej wielowarstwowych osłon balistycznych z tkanin dwuosiowych i trójosiowych podanych ostrzałowi pociskiem Parabellum 9 x 19 mm FMJ przeprowadzono w oparciu o symulacje komputerowe w programie LS-Dyna oraz eksperymentalnie w Laboratorium Badań Balistycznych na Politechnice Łódzkiej. Tkaniny dwuosiowa i trójosiowa były wykonane z tej samej przędzy, posiadały porównywalną masę powierzchniową, natomiast różniły się jedynie typem splotu. W badaniach numerycznych modele przeplatane tkanin opracowano w oparciu o rzeczywiste wymiary tkaniny dwuosiowej i trójosiowej Kevlar 29. Model 3D tkaniny dwuosiowej i trójosiowej opracowano w programie Ansys ICEM CFD. Badania numeryczne przeprowadzono dla modeli przeplatanych warstw tkanin dwuosiowych oraz trójosiowych. Dla wyselekcjonowanych wielowarstwowych pakietów przeprowadzono symulacje centralnego uderzenia pocisku z prędkością początkową 406 m/s, co oznacza, że badania prowadzono w klasie kuloodporności II pakietów balistycznych zgodnie z normą NIJ Standard (2008). Realizacja badań numerycznych dla pakietów wielowarstwowych z tkanin dwuosiowych oraz trójosiowych Kevlar 29 pokazała skalę problemu związanego z czasochłonnością wykonywania analiz numerycz-nych. Dlatego też zdecydowano się na kolejny etap badań numerycznych polegający na zastąpieniu przeplatanego modelu geometrycznego tkaniny modelem 2D o strukturze zhomogenizowanej. Badania numeryczne oceny efektywności balistycznej zhomgenizowanych wielowarstwowych powłok 2D dla pakietów z tkanin dwu- i trójosiowych umożliwiły wyznaczenie wymaganej liczby warstw spełniającej pierwsze i drugie kryterium bezpie-czeństwa. Efektywność balistyczna miękkich pakietów formowanych z płaskich wyrobów włókienniczych ma istotny wpływ na skalę udaru balistycznego powstającego podczas niepenetrującego uderzenia pocisku (ang. BABT – Behind Armor Blunt Trauma). W celu określenia efektywności balistycznej pakietów balistycznych z tkanin dwuosiowych i trójosiowych przeprowadzono eksperymentalną analizę traumy balistycznej z użyciem podłoża z plasteliny balistycznej i żelu balistycznego. W dalszej kolejności opracowano numeryczny model korpusu ciała człowieka na podstawie sekwencji obrazów z tomografu komputerowego. Weryfikacja wyników badań numerycznych wiązała się z przygotowaniem fizycznego modelu ciała człowieka o rzeczywistych wymiarach klatki piersiowej mężczyzny. Uzyskane rezultaty pozwoliły na przeprowadzenie szczegółowej analizy fizjologicznych skutków udaru balistycznego po niepenetrującym uderzeniu pocisku. Eksperymentalna i numeryczna analiza uderzenia pocisku w model ciała człowieka wykazała, że ciśnienia oraz głębokość deformacji wywierane na określone organy są zawsze mniejsze w przypadku ochrony ciała pakietem balistycznym złożonym z tkanin trójosiowych.

EN

Soft ballistic packages are the main element of ballistic shields and are a vital protective layer protecting against fire from the firearms. Multilayer soft ballistic packages used in bulletproof vests provide protection against loss of health or even save lives of representatives of the social groups whose job is to ensure the lasting national security, maintain public order in the country and provide a sense of physical safety and security of property of the citizens. All representatives of these groups deserve the specialized and most innovative personal protection. The main aim of the foregoing doctoral thesis was to obtain an optimal textile structure of a ballistic shield minimizing the physiological effects of an impact. The thesis looks closer at the triaxial and biaxial structures adopting the two-step research methodology: numerical analysis, using Finite Element Method (FEM), and experimental verification in Ballistic Research Laboratory. First of all, numerical research – hitting 9x19 mm Parabellum FMJ bullet into the multilayered ballistic package was performed. This part resulted in the numerical analysis of the conception of replacing the fabric-structured 3D object by the homogenized 2D shell using different material models. The results of numerical research were verified experimentally in the ballistic tunnel. Packages consisted of 6, 12, 16, 18, 20, 22, 24, 30 layers of biaxial and triaxial KEVLAR 29 fabric. On the basis of the complete research results, it was found that the proposed conception of replacing the biaxial and triaxial fabric layer by the 2D shell will fully realize the established research plan. Particularly it was proved, that through the use of different material models for the researched textile structures it is possible to obtain similar ballistic effectiveness as in the case of real textile ballistic packages. In its further part the following paper describes the methodology of the research of soft ballistic packages using standard Roma No.1 substrate in accordance with the NIJ Standard 0101.06 and the proposed substrate Clear Ballistics Gel with characteristics similar to the tissues of the human body. There were significant differences in the maximum deformation cone for the package of 30 layers of woven biaxial and triaxial KEVLAR 29, depending on the ballistic substrate applied. The vast difference in the volume of deformation of the package depending on the ballistic substrate illustrates the problem of the currently used not updated research methodology of personal protection. The use of ballistic gel as a professional ballistic substrate is reliably closer to the real conditions in which vests are used. Based on the results, it was found that if diversified ballistic substrate was applied there is a tendency for the triaxial fabric ballistic package to achieve less than the maximum deformation cone. The value is low compared to the biaxial fabric package as a result of the influence of the isotropic properties of the fabric. Medical consultations of the analyzed research problem allowed to state that the assessment of the potential effects of a ballistic trauma depends primarily on defining the anatomic location of the bullet hits. Depending on where the deformation takes place in may result in breaking of ribs, lung contusion, pleural parenchyma and in extreme cases can lead to pneumothorax or bleeding into the pleural cavity. For the package with lower deformation values the scale of internal injuries is reduced and may lead to health changes only. The last stage of the research was to determine the scale of physiological effects of a stroke during non-penetrative bullet hitting in ballistic shield. For this purpose, numerical research was conducted using the discrete model in the form of "human body – a package of ballistic – projectile" It was also a challenge to make a physical model of the human body having the most important internal organs: heart and lungs. As a result of numerical analysis and experiments, it was found that the structure of the triaxial textile enables to minimize the maximum deformation cone, and consequently reduces the physiological effects of the stroke. The ballistic package of the biaxial fabric, which is an anisotropic material, significant damage in the place of direct impact in the shock wave was observed. On the other hand, the ballistic package made of triaxial fabric shows the influence of isotropic properties meaning that the deformation may be spread over a larger area ensuring less serious deformation of the internal organs. On the basis of medical opinion it was concluded that the triaxial fabric ballistic package can minimize the occurrence of rupture of liver capsule and the emergence subcapsular hematoma and there is little likelihood of intestine or colon perforation. In the case of the analysis of the damage to the thoracic cavity it has been found that the multiaxial fabric package will help to minimize the occurrence of pneumothorax and the occurrence of the extensive hemorrhage of the lung along the ribs.

4

Numeryczna analiza odporności balistycznej aramidowych tkanin trójosiowych

Dominiak J., Stempień Z.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 7

548--551

PL

Osłony balistyczne wymagają kompleksowego zweryfikowania ich parametrów odpowiadających za bezpieczeństwo. Weryfikację przeprowadza się eksperymentalnie w tunelu balistycznym, z użyciem znormalizowanego podłoża. W pracy przedstawiono numeryczną analizę odporności balistycznej aramidowych tkanin trójosiowych z kevlaru 29, poddanych ostrzałowi pociskami Parabellum 9 × 19 mm FMJ. Metodą elementów skończonych badano uderzenie pocisku w wielowarstwowy pakiet balistyczny wykonany z wymienionej tkaniny, którą najpierw poddano szczegółowej analizie wymiarowej z wykorzystaniem mikroskopu stereoskopowego OLYMPUS SZX-10, aby odwzorować jej model geometryczny. Badania symulacyjne uderzenia pocisku w pakiety balistyczne składające się z 4, 8, 12, 16, 20 i 24 warstw przeprowadzono w środowisku LS-DYNA. Analizowano maksymalną wysokość stożka odkształcenia oraz energię resztkową pocisku.

EN

The bulletproof vests require a thorough analysis of the safety performance parameters, which is carried out in a ballistic tunnel using normalized grounds. This paper presents numerical analysis of ballistic resistance of the triaxial aramid fabrics kevlar 29 which have been subjected to hitting with Parabellum FMJ 9 ×19 mm round. Finite elements method was applied to analyze effect of the impact on ballistic packag samples prepared from the said fabric which had been subjected before to detailed inspection of the dimensions under stereo microscope Olympus SZX-10. Dimensions of the fabric allowed for development of geometric model of triaxial fabric. Simulation tests of bullet impacts on ballistic packages consisting of 4, 8, 12, 16, 20, 24 layers respectively were carried out in an LS-DYNA environment. Maximum height of the cone deformation and the residual energy of bullet were analyzed.