تحليل تجربي نفوذ در اهداف متشكل از لايه‌هاي كولار و سيال STF

Experimental Analysis of Penetration into Targets Made of Kevlar Laminate with STF Fluids

در اين مقاله، عملكرد بالستيكي الياف پلي‌آراميد با بافت ساده كه با سيال غليظ‌شونده برشي (STF)آغشته شده مورد بررسي قرار گرفته است. سيال غليظ برشي، از پراكنده شدن ذرات نانو سيليكا در پلي‌اتيلن‌گليكول حاصل شده است. سيال غليظ برشي يك سيال غير‌نيوتني است كه غلظت آن با افزايش نرخ برش زياد مي‌شود. در اين تحقيق حد بالستيك و انرژي بالستيك ويژه پارچه دو و چهار لايه كه با سيال غليظ شونده برشي با درصدهاي جرمي‌ 15، 25 و 35 نانوسيليكا آغشته شده، با پارچه خشك مقايسه شده است. نتايج نشان دادند كه پارچه آغشته به سيال غليظ‌ برشي با 35 درصد جرمي نانوسيليكا داراي بالاترين حد بالستيك براي پارچه دو و چهار لايه در بين تمامي نمونه‌ها مي‌باشد. نمونه دو لايه آغشته به سيال 35 درصد، داراي بهترين بهبود در انرژي بالستيك ويژه، نسبت به نمونه دو لايه خشك مي‌باشد. عكس‌هاي دوربين سرعت بالا نشان مي‌دهند كه نمونه‌هاي خشك، تغيير شكل‌هاي محلي بيشتري در محل ضربه تجربه مي‌كنند. همچنين يك مدل المان محدود با استفاده از نرم‌افزار LS-Dyna ايجاد شده و نشان داده شد كه بهبود عملكرد بالستيكي پارچه آغشته به سيال غليظ برشي تا حدودي مربوط به افزايش اصطكاك بين پرتابه و پارچه مي‌باشد.

In this paper, the ballistic performance of Kevlar plain-woven fabric impregnated with a colloidal shear thickening fluid (STF) is investigated. STF is composed of silicon dioxide nanoparticles and polyethylene glycol and is a non-newtonian fluid behavior defines as the increase of viscosity with the increase in the applied shear rate. The ballistic limit and specific ballistic energy of double and quadruple ply fabric systems impregnated with 15, 25 and 35 wt% STF particle concentration are compared to neat fabric. Results show those targets with 35 wt% STF particle concentration yield the highest ballistic limit for double and quadruple ply fabric .The double ply system with 35 wt% STF particle concentration showed the greatest improvement in specific ballistic energy over neat double ply systems. High speed photography showed that the neat Kevlar experience more localized deformation on impact. A finite element model was created using Ls-Dyna software and it was shown that the increased ballistic performance for shear thickening fluid impregnated Kevlar fabric is at least due to the increased friction between projectile and target.