Analytical evaluation of impact test equipments to simulate high caliber ballistic threats

Abstract

Desejando-se avaliar o comportamento de materiais utilizados em aplicações específicas, torna-se necessário o uso de testes experimentais que simulem tal situação de trabalho da forma mais adequada possível. No caso específico de testes de impacto, existe uma variedade disponível, a saber, impacto quase estático, impacto de dinâmica baixa e impacto de dinâmica alta, etc. No presente trabalho deseja-se estudar diferentes configurações experimentais considerando os testes mencionados acima e avaliando-se numericamente os resultados esperados quando aplicados em testes balísticos. Os resultados obtidos a partir do estudo da literatura e dos cálculos conduzidos, mostram duas conclusões principais relacionadas aos testes de propriedades de impacto em materiais. A primeira é a velocidade de impacto tendo alta influência sobre a força de impacto, também quando a energia de impacto é considerada constante. Assim, recomenda-se a utilização de um teste experimental com parâmetros iguais a situação simulada, especificamente em energia e velocidade de impacto. A segunda é que os cálculos mostram ser possível a realização de testes precisos balísticos de nível III ou IV, utilizando-se uma estação simples de arma de gás leve (one-stage light-gas gun) com o auxílio de uma base de suporte baixo (sabot). O uso do sabot também fornece um aumento na flexibilidade da estação podendo-se utilizar projéteis com diferentes geometrias e tamanhos para as amostras de material em análise.<br>

Abstract : To properly evaluate materials for specific applications it is important to use experimental tests that match the application situation as best as possible. To be applied as impact tests there exist a variety of quasi-static tests, dynamic impact tests and highly dynamic impact tests. This work aims to show different design possibilities for impact test equipment of each type, to numerically analyze their potential and to evaluate the expected quality of the results of an application of said impact tests to ballistic threat experiments. The obtained results and conclusions from the studied literature and the conducted calculations show two answers about the material testing for impact properties. One is that the impact velocity has a significant influence on the impact force, also when considering the impact energy as constant. Therefore, it is recommendable to apply an experimental test that matches the simulated situation in impact energy and velocity. Second, the calculations have shown that it is possible to build a simple one-stage light-gas gun to achieve an exact replication of level III or level IV ballistic threats and therefore carry through precise testing, if utilizing a light-weight carrier as sabot. The usage of a sabot also provides an increased flexibility to the facility to test different bodies as impacting force on sample material.