Výzkumníci vyvinuli model pro lehčí pancéřování

Crash testy nového typu svodidla AM. Nástupce u nás nejrozšířenějšího svodidla NH4. (Duben 2019).

Anonim

Výzkumná laboratoř US Army pracuje na vývoji nových lehkých keramických materiálů, které odolávají frakturám, a spolupracuje s výzkumníky z University of Florida, aby lépe porozuměli, jak tyto materiály, které jsou vhodné pro osobní ochranu vojáků a armádní systémy, a jak je lze dále zlepšit. Zaměřují se na selhání prasknutím; materiál se nakonec rozpadá do granulátu podobného stavu procesem, který se nazývá rozmělňování.

"Zatímco různé keramické materiály mají vysokou tvrdost, nedokážou se lehce odtrhnout, to znamená, když jsou vystaveny tahovým silám. Množství napětí, které mohou tyto materiály odolat před selháním, je malá část komprese, kterou mohou odolat. výsledkem je vysoká rychlost zásahů kuliček a fragmentů způsobuje rozsáhlé praskání a fragmentaci materiálu, což snižuje jeho schopnost plně využít jeho vynikající tvrdost k odolnosti komplexních stresových stavů generovaných nárazovou událostí, "vysvětluje Dr. Sikhanda Satapathy z ARL's Soldier Protection Sciences Větev.

Tradičně je popsán vztah mezi schopností granulovaného materiálu odolat tlaku a jeho schopnosti odolat střihové deformaci, která způsobuje změnu tvaru materiálu, popsán modelem Mohr-Coulomb. Tento model přibližuje odolnost materiálu vůči smykové deformaci (pevnost ve smyku) jako lineární funkci aplikovaného tlaku. Ve skutečnosti se síla ve smyku lineárně zvyšuje tlakem a nasytí při vysokých tlacích.

Vědci UF vyvinuli nový model, který popisuje reakci zrnitého materiálu přesněji studiem stresového stavu, při kterém řada keramiky selhala, jak uvádí literatura různými výzkumnými týmy.

Tým ARL a UF spolupracovali na využití tohoto zlepšeného modelu granulované odezvy ve spolupráci s dynamickým modelem pro modelování expanzní dutiny, aby zachytil reakci keramiky na komplexní stresový stav vyvolaný nárazem, který zahrnuje stlačení, napětí a smyku. Modulová kostra dynamické expanzní dutiny používá tlak potřebný k rozšíření dutiny v intaktním materiálu, aby charakterizoval jeho schopnost odolat hlubokému pronikání. Tento tlak samozřejmě závisí na tom, jak materiál reaguje na kompresní, napínací a smykové síly. Vzhledem k použitelnosti tohoto nového modelu pro širokou škálu keramiky je potřeba drahých experimentů charakterizovat penetrační odezvu výrazně snížena. Nový model penetrace zlepšuje pochopení toho, jak křehká keramika reaguje na vysoký nárazový stres rozštěpením a rozmělněním na zrnitý materiál a zvyšuje modelovací schopnost penetrace.

Zdokonalený model ukázal, že lépe předpovídá odolnost široké škály keramických cílů, když jsou vystřeleny dlouhými tyčovými projektily rychlostí až 3 km / s. Důležité materiálové parametry pro penetrační výkony keramického cíle byly zjištěny díky tomuto společnému úsilí, které bude řídit, jak mohou být procesy selhání v keramice řízeny zdokonaleným konstrukčním materiálem nebo přístupem založeným na více materiálech.

"Pochopení mechaniky materiálové odezvy na nárazové projevy generované stresovými podmínkami je v tomto výzkumu rozhodující, " řekl Satapathy. Výzkum se objeví v International Journal of Solids and Structures.

menu
menu