Design of a Blast Resistant Armour Plate
Authors
Barrett, Søren ; Christiansen, Rasmus Viking Lømand Ravgård ; Othman, Ahmad
Term
4. term
Education
Publication year
2017
Submitted on
2017-06-02
Pages
156
Abstract
Dette kandidatspeciale foreslår et design for et sprængningsbestandigt panser-gulvpanel til militære køretøjer, udviklet i samarbejde med Composhield A/S for at udvide deres sortiment af letvægtsbeskyttelse. Målscenariet er en eksplosiv ladning placeret direkte under køretøjet svarende til 0,12 kg TNT i 0,5 m afstand (baseret på en DM51 håndgranat). Med mindre ændringer kan panelet tilpasses til større blastbelastninger. Arbejdet bygger på tre tilgange: (1) en analytisk del, der giver forståelse for centrale eksplosionsparametre og fastlægger indledende designvalg, (2) en numerisk del med hydrocode-simuleringer (en type software, der modellerer eksplosioner og højhastighedspåvirkninger) til at udvikle selve paneldesignet, samt (3) en eksperimentel del, der er planlagt til nær fremtid. Denne rapport dækker den analytiske og numeriske del; forsøgene er endnu ikke gennemført. En central opgave er at kvantificere blastbelastningen på køretøjets gulv fra den specificerede ladning. En omfattende gennemgang af sprængningsvirkninger bruges til at definere designlasten, som danner grundlag for resten af arbejdet. Dernæst vurderes skummet aluminium (metalskum) for dets energiabsorberende egenskaber, herunder beregninger af deformation og optimal massefordeling mellem frontplade og skum for maksimal energiabsorption. Da billig fremstilling af aluminiums-skum kan give uhomogene materialer, som er uacceptable i nogle anvendelser, undersøges også gitterstrukturer (netværkslignende kerner) som et mere kontrollerbart og skræddersydbart alternativ. Den numeriske designproces gennemføres som et parametrisk studie med mange iterationer for at minimere restlasten, der overføres til køretøjet efter, at panelet er deformeres under blast. Denne proces resulterer i et gennemførligt designkoncept for den specificerede trussel. Det planlagte eksperimentelle arbejde skal verificere eventuelle forskelle mellem analytiske og numeriske resultater og omfatter en fuldskalatest for at validere, at panelet kan modstå den angivne blastbelastning.
This master's thesis proposes a design for a blast-resistant armored floor panel for military vehicles, developed in collaboration with Composhield A/S to expand their range of lightweight protection. The target threat is an explosive placed directly under the vehicle equivalent to 0.12 kg TNT at a distance of 0.5 m (based on a DM51 hand grenade). With minor adjustments, the panel can be adapted to withstand higher blast loads. The work combines three approaches: (1) an analytical part to understand key blast parameters and set initial design choices, (2) a numerical part using hydrocode simulations (a type of software that models explosions and high-speed impacts) to develop the actual panel design, and (3) an experimental part planned for the near future. This report covers the analytical and numerical parts; experiments have not yet been carried out. A central task is to quantify the blast load on the vehicle floor from the specified charge. An extensive review of blast effects is used to define the design load case that underpins the rest of the project. Next, the study evaluates foamed aluminium (metal foam) for its energy-absorbing capability, including analyses of deformation and the optimal mass distribution between the front plate and the foam to maximize energy absorption. Because low-cost production of aluminium foams can lead to inhomogeneous materials that are unsuitable for some applications, lattice structures (network-like cores) are also investigated as a more controllable and customizable alternative. The numerical design process is conducted as a parametric study with many iterations to minimize the residual load transmitted to the vehicle after the panel deforms under blast. This process yields a feasible design concept for the specified threat. The planned experimental work will check differences between the analytical and numerical predictions and includes a full-scale test to validate that the panel withstands the specified blast load.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents
Other projects by the authors
Barrett, Søren:
Christiansen, Rasmus Viking Lømand Ravgård:
Othman, Ahmad: