Cracking mechanisms in ceramic armor – analytical solutions and finite element simulations

Overordnet handler denne rapporten om fysikken bak ballistisk støt mot keramiske plater. Rapporten har flere mål:

• utvikle FFIs grunnkunnskap om fysikken som er relevant i ballistiske støt;
• være en litteraturstudie som er relevant for dem som er interessert i å lære mer om ballistisk støt og dets relasjon til kontaktmekanikken;
• evaluere nytten av eksisterende analytiske metoder som forsøker å beskrive ballistiske støt. På lang sikt vil (forhåpentligvis) de mest generelle modellene fungere som et springbrett mot utviklingen av en ny keramikkmodell;
• rapportere om innledende simuleringer av ballistiske støt mot keramikkplater i IMPETUS Afea og analysere programmets styrker og svakheter med tanke på den grunnleggende fysikken.

Rapportens første del består av en detaljert litteraturstudie av de dominerende oppsprekkingsmekanismene som finner sted når et prosjektil treffer en keramikkplate. I tillegg ser vi på analytiske modeller som forhåpentligvis (på lengre sikt) kan brukes til å utvikle en ny materialmodell som egner seg for å beskrive keramikk som blir påført en ballistisk last. De analytiske modellene klarer å beskrive de observerbare oppsprekkingsmekanismene.

I del to av rapporten utfører og evaluerer vi konkrete simuleringer av ballistisk støt mot en keramikkplate i IMPETUS Afea. Simuleringene klarer å fange opp og beskrive sprekkene som dannes, og de korresponderende mekanismene. Vi må allikevel kalibrere keramikkens materialmodell gjennom tilpasning av eksperimenter som bør utføres på forskjellige skalaer.

Både utviklingen av en ny keramikkmodell og kalibreringen av IMPETUS Afea-modellen virker lovende, men krever mer arbeid.