Design of Blast Resistant Armor System Utilizing High Density Polyethylene

Christensen, Laust Rolf ; Aune, Øystein

4. term

Design of Mechanical Systems, Master

2019

2019-06-03

99

Denne afhandling undersøger, om højdensitetspolyethylen (HDPE) kan anvendes som kraftdæmpende lag i panser til at begrænse skade fra sprængninger forårsaget af landminer og improviserede sprængladninger. Arbejdet kombinerer et litteraturstudie af HDPE’s mekaniske egenskaber ved forskellige tøjningshastigheder med kvasistatiske trykforsøg og differential scanning calorimetry for at bestemme polymerens krystallinitet. Da kontrollerede sprængninger ligger uden for projektets rammer, gennemføres dynamiske slagforsøg som repræsentative belastninger, herunder projektil- og Taylor impact-tests dokumenteret med højhastighedskameraer. Forsøgsdata bruges til at udvikle en materiale­model med tøjningshastighedsafhængig flydespænding og til at sammenligne HDPE’s kraftreducerende potentiale med andre løsninger, bl.a. aluminiums-skum. Flere finite element-modeller opbygges i LS-DYNA og valideres mod de eksperimentelle observationer, hvorefter modellerne anvendes til at undersøge geometrier og designprincipper for kraftreduktion. Arbejdet munder ud i et foreslået hybridt panserkoncept, der kombinerer HDPE med højstyrkestål; detaljerede ydelsesresultater er ikke angivet i dette uddrag.

This thesis examines whether high-density polyethylene (HDPE) can serve as a blast-mitigating layer in armor to reduce damage from landmine and improvised explosive device blasts. The study combines a literature review of HDPE’s strain-rate dependent behavior with quasi-static compression tests and differential scanning calorimetry to determine polymer crystallinity. Because controlled detonations were out of scope, dynamic impact experiments—including projectile and Taylor impact tests captured with high-speed cameras—were used to represent blast-like loading. Experimental data informed a material model with a strain-rate dependent yield stress and enabled comparisons of HDPE’s force-reduction capability against alternative solutions, including aluminum foam. Multiple finite element models were built in LS-DYNA and validated against the experiments, then used to explore force-reducing geometries and design principles. The work culminates in a proposed hybrid armor concept combining HDPE with high-strength steel; detailed performance results are not provided in this excerpt.

[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]

High density polyethylene ; Impact ; FEM ; Blast ; Taylor impact ; POM ; High strain rate

Download
View record in AAU Student Projects