Jag accepterar att kakor lagras på min dator

Läs mer

Fiber- och fiberkompositbaserade lätta skydd. Metoder, egenskaper, mekanismer. En översikt.

Fiber- och fiberkompositbaserade lätta skydd. Metoder, egenskaper, mekanismer. En översikt. Beställ tryckt exemplar Lägg i kundvagnen
Författare: Erikson Jan, Larsson Fritz, Svensson Lars
Ort: Stockholm
Sidor: 125
Utgivningsår: 1996
Publiceringsdatum: 1996-08-30
Rapportnummer: (FOA-R--96-00278-2.4)
Nyckelord Lätta skydd, Fiber, Fiberkompositer, Metoder, Dynamiskt-mekaniska egenskaper, Ballistiska egenskaper, Penetrationsmekanismer
Sammanfattning Splitterskador är den främsta orsaken till att soldater slås ut på ett slagfält. Stor möda har därför lagts på utveckling av skydd mot splitter. Skydden bör vara lätta för att inte nedsätta rörligheten. I dag används sådana både som mjuka skydd i form av västar och som hårda skydd i t ex hjälmar. Detta har blivit möjligt framför allt genom utvecklingen på fiberområdet som lett fram till aramid- och polyetenfibrer. Tillämpning av fiberkompositer som lastbärande och ballistiskt skyddande material till stridsfordon saknas för närvarande men studier för värdering bedrivs internationellt. De ballistiska egenskaperna hos paneler av varierande materialsammansättning beskrivs i rapporten. Dessa beror på materialets dynamiskt-mekaniska egenskaper men också av vilka mekanismer som utvecklas under penetrationen. Olika modeller för beskrivning av penetrationen behandlas också. Experimentella metoder för studium av de nämnda egenskaperna beskrivs. Särskild vikt har därvid lagts vid metoder för bestämning av de dynamiskt-mekaniska egenskaperna eftersom dessa metoder inte är så välkända, speciellt inte för polymerbaserade fiberkompositer. Fiberns egenskaper har störst betydelse för panelens skyddsförmåga. En bra fiber skall vara stark i fiberriktningen, ha hög styvhet och låg densitet. Den skall dessutom vara stryktålig, dvs kunna uppta dragbelastning utan att brista till följd av tryckeller skjuvdeformation. Det är dessa egenskaper hos aramid- och polyetenfibrer som gör att de kommit till så stor användning i lätta skydd. En spetsig projektil flyttar material i laminatplanet och orsakar fiberbrott och delamineringar medan en trubbig först skjuvar av lameller för att senare ge upphov till delaminering och fiberdragbrott. Stora skillnader finns i egenskapers hastighetsberoende mellan olika polymerbaserade fiberkompositer. Modeller med olika grad av fysikalisk realism redovisas i rapporten. Trots grova förenklingar av penetrationsförloppet har man uppnått god överensstämmelse mellan försöksresultat och datorbaserade numeriska modellberäkningar.
Abstract High velocity splinters and fragments are the major causes of injury and incapacitation on the battlefield, and for this reason great effort has been devoted to the development of protection against them. The protection must be light, to maintain mobility, and may be used in flexible body armour or in hard applications such as helmets. Improvements in fibre technology resulting in aramid and polyethylene fibres have been instrumental in allowing the development of lightweight armour. There is as yet no deployed application of fibre composites which combine structural and ballistic protection functions in combat vehicles, but international studies are continuing to evaluate them for this purpose. The terminal ballistic properties of fibre composite panels of various compositions are described in this report. These properties depend on the dynamic mechanical properties of the panel materials and on the mechanisms that evolve during penetration. Experimental methods for determination of the high strain rate properties are described, and various models for description of the penetration process are treated. Particular attention has been devoted to a discussion of methods available for the measurement of dynamic mechanical properties, as these are not generally wellknown, in particular those methods applicable to fibre composites with polymer matrices. A number of penetration models that are more or less physically realistic are reviewed in this report. Despite gross simplification of the penetration process good agreement has been seen between experimental results and numerical modelling. The properties of the fibre are of the greatest importance for the protection capability of the panel. A good fibre should be strong in the axial direction and have a high elastic modulus and a low density. Furthermore it should be damage tolerant, which means that it can carry tensile loads without fracturing under compression or shear deformation. Aramid and polyethylene fibres meet these requirements, and consequently have found widespread use in lightweight armour. There are however great differences between various fibre composites in the rate dependence of their properties. A cylindro-conical projectile moves material in the laminate plane and causes fibre fracture and delamination, while a blunt projectile shears the laminate followed by delamination and fibre tensile fracture.

Kundvagn

Inga rapporter i kundvagnen

FOI, Totalförsvarets forskningsinstitut

FOI
Totalförsvarets forskningsinstitut
164 90 Stockholm

Tel: 08-555 030 00
Fax: 08-555 031 00

Orgnr: 202100-5182