Show simple item record

dc.contributor.advisorStempień, Zbigniew
dc.contributor.authorPinkos, Justyna
dc.date.accessioned2021-06-28T09:02:17Z
dc.date.available2021-06-28T09:02:17Z
dc.date.issued2018
dc.identifier.citationPinkos J., Modelowanie wielowarstwowych osłon balistycznych minimalizujących skutki udaru. W: Zeszyty Naukowe Politechniki Łódzkiej. Włókiennictwo, Vol. 74, No. 1223, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2018, s. 5-65, ISSN 0076-0331, doi: 10.34658/tex.2018.74.5-66.
dc.identifier.issn0076-0331
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11652/3679
dc.identifier.urihttps://doi.org/10.34658/tex.2018.74.5-66
dc.description.abstractGłównym celem przedstawionej rozprawy doktorskiej była analiza efektywności balistycznej wielowarstwowych tekstylnych osłon złożonych z tkanin dwuosiowych i trójosiowych oraz ocena skutków udaru balistycznego po niepenetrującym uderzeniu pocisku. Badania efektywności balistycznej wielowarstwowych osłon balistycznych z tkanin dwuosiowych i trójosiowych podanych ostrzałowi pociskiem Parabellum 9 x 19 mm FMJ przeprowadzono w oparciu o symulacje komputerowe w programie LS-Dyna oraz eksperymentalnie w Laboratorium Badań Balistycznych na Politechnice Łódzkiej. Tkaniny dwuosiowa i trójosiowa były wykonane z tej samej przędzy, posiadały porównywalną masę powierzchniową, natomiast różniły się jedynie typem splotu. W badaniach numerycznych modele przeplatane tkanin opracowano w oparciu o rzeczywiste wymiary tkaniny dwuosiowej i trójosiowej Kevlar 29. Model 3D tkaniny dwuosiowej i trójosiowej opracowano w programie Ansys ICEM CFD. Badania numeryczne przeprowadzono dla modeli przeplatanych warstw tkanin dwuosiowych oraz trójosiowych. Dla wyselekcjonowanych wielowarstwowych pakietów przeprowadzono symulacje centralnego uderzenia pocisku z prędkością początkową 406 m/s, co oznacza, że badania prowadzono w klasie kuloodporności II pakietów balistycznych zgodnie z normą NIJ Standard (2008). Realizacja badań numerycznych dla pakietów wielowarstwowych z tkanin dwuosiowych oraz trójosiowych Kevlar 29 pokazała skalę problemu związanego z czasochłonnością wykonywania analiz numerycznych. Dlatego też zdecydowano się na kolejny etap badań numerycznych polegający na zastąpieniu przeplatanego modelu geometrycznego tkaniny modelem 2D o strukturze zhomogenizowanej. Badania numeryczne oceny efektywności balistycznej zhomgenizowanych wielowarstwowych powłok 2D dla pakietów z tkanin dwu- i trójosiowych umożliwiły wyznaczenie wymaganej liczby warstw spełniającej pierwsze i drugie kryterium bezpieczeństwa. Efektywność balistyczna miękkich pakietów formowanych z płaskich wyrobów włókienniczych ma istotny wpływ na skalę udaru balistycznego powstającego podczas niepenetrującego uderzenia pocisku (ang. BABT – Behind Armor Blunt Trauma). W celu określenia efektywności balistycznej pakietów balistycznych z tkanin dwuosiowych i trójosiowych przeprowadzono eksperymentalną analizę traumy balistycznej z użyciem podłoża z plasteliny balistycznej i żelu balistycznego. W dalszej kolejności opracowano numeryczny model korpusu ciała człowieka na podstawie sekwencji obrazów z tomografu komputerowego. Weryfikacja wyników badań numerycznych wiązała się z przygotowaniem fizycznego modelu ciała człowieka o rzeczywistych wymiarach klatki piersiowej mężczyzny. Uzyskane rezultaty pozwoliły na przeprowadzenie szczegółowej analizy fizjologicznych skutków udaru balistycznego po niepenetrującym uderzeniu pocisku. Eksperymentalna i numeryczna analiza uderzenia pocisku w model ciała człowieka wykazała, że ciśnienia oraz głębokość deformacji wywierane na określone organy są zawsze mniejsze w przypadku ochrony ciała pakietem balistycznym złożonym z tkanin trójosiowych.pl_PL
dc.description.abstractSoft ballistic packages are the main element of ballistic shields and are a vital protective layer protecting against fire from the firearms. Multilayer soft ballistic packages used in bulletproof vests provide protection against loss of health or even save lives of representatives of the social groups whose job is to ensure the lasting national security, maintain public order in the country and provide a sense of physical safety and security of property of the citizens. All representatives of these groups deserve the specialized and most innovative personal protection. The main aim of the foregoing doctoral thesis was to obtain an optimal textile structure of a ballistic shield minimizing the physiological effects of an impact. The thesis looks closer at the triaxial and biaxial structures adopting the two-step research methodology: numerical analysis, using Finite Element Method (FEM), and experimental verification in Ballistic Research Laboratory. First of all, numerical research – hitting 9x19 mm Parabellum FMJ bullet into the multilayered ballistic package was performed. This part resulted in the numerical analysis of the conception of replacing the fabric-structured 3D object by the homogenized 2D shell using different material models. The results of numerical research were verified experimentally in the ballistic tunnel. Packages consisted of 6, 12, 16, 18, 20, 22, 24, 30 layers of biaxial and triaxial KEVLAR 29 fabric. On the basis of the complete research results, it was found that the proposed conception of replacing the biaxial and triaxial fabric layer by the 2D shell will fully realize the established research plan. Particularly it was proved, that through the use of different material models for the researched textile structures it is possible to obtain similar ballistic effectiveness as in the case of real textile ballistic packages. In its further part the following paper describes the methodology of the research of soft ballistic packages using standard Roma No.1 substrate in accordance with the NIJ Standard 0101.06 and the proposed substrate Clear Ballistics Gel with characteristics similar to the tissues of the human body. There were significant differences in the maximum deformation cone for the package of 30 layers of woven biaxial and triaxial KEVLAR 29, depending on the ballistic substrate applied. The vast difference in the volume of deformation of the package depending on the ballistic substrate illustrates the problem of the currently used not updated research methodology of personal protection. The use of ballistic gel as a professional ballistic substrate is reliably closer to the real conditions in which vests are used. Based on the results, it was found that if diversified ballistic substrate was applied there is a tendency for the triaxial fabric ballistic package to achieve less than the maximum deformation cone. The value is low compared to the biaxial fabric package as a result of the influence of the isotropic properties of the fabric. Medical consultations of the analyzed research problem allowed to state that the assessment of the potential effects of a ballistic trauma depends primarily on defining the anatomic location of the bullet hits. Depending on where the deformation takes place in may result in breaking of ribs, lung contusion, pleural parenchyma and in extreme cases can lead to pneumothorax or bleeding into the pleural cavity. For the package with lower deformation values the scale of internal injuries is reduced and may lead to health changes only. The last stage of the research was to determine the scale of physiological effects of a stroke during non-penetrative bullet hitting in ballistic shield. For this purpose, numerical research was conducted using the discrete model in the form of "human body – a package of ballistic – projectile" It was also a challenge to make a physical model of the human body having the most important internal organs: heart and lungs. As a result of numerical analysis and experiments, it was found that the structure of the triaxial textile enables to minimize the maximum deformation cone, and consequently reduces the physiological effects of the stroke. The ballistic package of the biaxial fabric, which is an anisotropic material, significant damage in the place of direct impact in the shock wave was observed. On the other hand, the ballistic package made of triaxial fabric shows the influence of isotropic properties meaning that the deformation may be spread over a larger area ensuring less serious deformation of the internal organs. On the basis of medical opinion it was concluded that the triaxial fabric ballistic package can minimize the occurrence of rupture of liver capsule and the emergence subcapsular hematoma and there is little likelihood of intestine or colon perforation. In the case of the analysis of the damage to the thoracic cavity it has been found that the multiaxial fabric package will help to minimize the occurrence of pneumothorax and the occurrence of the extensive hemorrhage of the lung along the ribs.en_EN
dc.language.isoplpl_PL
dc.publisherWydawnictwo Politechniki Łódzkiejpl_PL
dc.publisherLodz University of Technology Pressen_EN
dc.relation.ispartofZeszyty Naukowe Politechniki Łódzkiej. Włókiennictwo, Vol. 74, No. 1223, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2018, ISSN 0076-0331
dc.rightsFair use conditionen_EN
dc.rightsDla wszystkich w zakresie dozwolonego użytkupl_PL
dc.subjectosłony balistycznepl_PL
dc.subjectudarpl_PL
dc.subjecttkaniny dwuosiowepl_PL
dc.subjecttkaniny trójosiowepl_PL
dc.subjectKevlar 29pl_PL
dc.subjectbiaxial fabricsen_EN
dc.subjecttriaxial fabricen_EN
dc.subjectballistic protectionsen_EN
dc.subjectstrokeen_EN
dc.subjectKevlar 29en_EN
dc.titleModelowanie wielowarstwowych osłon balistycznych minimalizujących skutki udarupl_PL
dc.title.alternativeModeling multi-layer ballistic protections minimizing the effects of a strokeen_EN
dc.typeArtykułpl_PL
dc.typeArticleen_EN
dc.rights.licenseLUT Licenseen_EN
dc.rights.licenseLicencja PŁpl_PL
dc.contributor.reviewerStruszczyk, Marcin Henryk
dc.contributor.reviewerGrabowska, Katarzyna
dc.page.numbers. 5-65
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.34658/tex.2018.74.5-66
dc.identifier.doi10.34658/tex.2018.74.5-66


Files in this item

Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record