Design of a Blast Resistant Armour Plate

Studenteropgave: Speciale (inkl. HD afgangsprojekt)

  • Søren Barrett
  • Rasmus Viking Lømand Ravgård Christiansen
  • Ahmad Othman
4. semester, Design af Mekaniske Systemer, Kandidat (Kandidatuddannelse)
Formålet med det foreliggende speciale er at foreslå et design for en sprængningsresistent
panser gulvplade for køretøjer i militære applikationer. Projektet er udført i samarbejde
med Composhield A/S, en panserproducent for militære applikationer, som søger at
udvide deres allerede omfattende produktkatalog indenfor letvægtsbeskyttelsespaneler til
beskyttelse af deres klienter i verdensomspændende militære brændpunkter. Det foreslåede
design er et panser gulvpanel med specifikationer, der tilbyder beskyttelse imod en
sprængningslast fra en eksplosiv placeret direkte under køretøjet bestående af en ækvivalent
TNT-vægt på 0,12 kg i en afstand af 0,5 m, m.a.o. case-lasten. Panelet modstår
større sprængningslaster med få modifikationer.
En tredelt fremgangsmåde i forhold til problemet er taget, og består af en analytisk,
en numerisk og en eksperimentel del. Kun den analytiske og numeriske del er færdiggjort,
men den eksperimentelle del er planlagt for den nære fremtid. Den analytiske del
er udført for at opnå en solid forståelse af de bestemmende sprængningsparameter og
et indledende gæt på designparametrene. Denne del er hovedsagelig medtaget grundet
akademiske overvejelser. Den faktiske designproces er udført rent numerisk.
Et af de signifikante problemer i specialet er at bestemme eller kvantificere sprængningslasten
virkende på køretøjets gulvpanel fra en eksploderende DM51 håndgranat, hvilket producerer
case-lasten. Et udførligt studie af sprængningseffekter er derfor udført for at
bestemme designlasten virkende på køretøjet, som bruges igennem hele projektet. Dette
er efterfulgt af et materialestudie i et tilgængeliggjort aluminiumsskum med det formål
at bestemme de energiabsorberende egenskaber og ultimativt dettes anvendelighed i et
panserpanel. Analytiske studier er anvendt for at bestemme deformationen i dette skum
under last, og den optimale fordeling af masse i henholdsvis frontpladen og skummet
for maksimal energioptag er ligeledes bestemt. Fremstillingsparametrene er dog meget
krævende at kontrollere mens omkostningerne stadig holdes nede, og dette resulterer i
et skum, der til tider er meget uhomogent, hvilket i en række designapplikationer er
uacceptabelt. Et alternativ, der gør brug af en gitterkonstruktion, er derfor undersøgt
resulterende i et design, der er yderst modificerbar til specifikke behov.
En numerisk designproces, ved hydrocodes, er anvendt i forsøget på at finde et kompetent
sprængningsresistent design, hvilket også er hovedfokusset for dette speciale. Det
kompetente design er fundet igennem et parameterstudie over en række iterationer med
optimeringskriteriet at minimere restlasten i strukturen efter deformation af panserpanelet.
Det eksperimentelle arbejde er ikke udført, men en plan for den nære fremtid er beskrevet
i rapporten. Dette inkluderer en verifikation af de observerede afvigelser imellem de
analytiske og numeriske modeller samt en fuldskala test af panserpanelet for validering af
hvorvidt panelet er i stand til at modstå sprængningstruslen.
SprogEngelsk
Udgivelsesdato2 jun. 2017
Antal sider156
Ekstern samarbejdspartnerComposhield A/S
Technology Manager Herluf Montes Schütte hms@composhield.com
Anden
ID: 258859485