Verteidigungstechnologie - Experimentelle Untersuchung der kugelsicheren Fähigkeiten von Kevlar mit unterschiedlichen Gewichten und Schichten mit 9-mm-Projektilen

VerteidigungTechnologie - Experimentelle Untersuchung vonkugelsicherFähigkeiten vonKevlarmit unterschiedlichen Gewichten undNummervonSchichtenmit9 mm Projektile

Abstrakt

Einige Punkte als Referenz:

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/military-vip-police-concealable-light-weight.html

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/high-quality-military-use-tactical-armor.html

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/military-ballistic-nij-iiia-pe-or-kevlar.html

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/bulletproof-vest-fdy3r-sk15.html

Videos als Referenz:

https://www.youtube.com/watch?v=Zc-HYAXSaqs

https://www.youtube.com/watch?v=YtBaebU7CTw

Kevlarist das am häufigsten verwendete Material alsRüstungzum Schutz gegenKugelnbenutzt inHandWaffenwegen seinerSchlagfestigkeit,hohe Festigkeit und geringes Gewicht. Diese Eigenschaften machenKevlarEin ideales Material für kugelsichere Westen im Vergleich zu anderen Materialien. In der vorliegenden Studie anders Anzahl der Schichten von Kevlarmit unterschiedlichen Gewichten werden getestet, um die Gewichte und die Anzahl der Schichten zu bestimmen, die für die Gestaltung einer sicheren kugelsicheren Weste erforderlich sind. Zu diesem Zweck wurden mehrere ballistische Tests an Kombinationen von ballistischen Gel- und Kevlar-Schichten mit unterschiedlichen Gewichten durchgeführt. Ballistische Stöße werden durch 9 mm Parabellum-Munition erzeugt. Ziel ist es, die Eigenschaften von zu bewertenballistische Hochgeschwindigkeitspenetrationin eine Kombination aus Gel und Kevlar und bestimmen Sie die Anzahl der Schichten, die erforderlich sind, um die 9-mm-Kugel sicher zu stoppen und damit zum Design sicherer kugelsicherer Westen beizutragen. Die Tests liefern Informationen über die Entfernungen, die die Kugeln in einem Gel / Kevlar-Medium zurücklegen können, bevor sie gestoppt werden, und um die Widerstandsfähigkeit von Kevlar in verschiedenen Gramm pro Quadratmeter (GSM) zu ermitteln. Die Tests wurden unter Verwendung eines Chronographen in einer kontrollierten Testumgebung durchgeführt. Insbesondere identifizieren die Ergebnisse die Anzahl der Kevlar-Schichten, die erforderlich sind, um ein 9-mm-Parabellum-Projektil zu stoppen, und die Wirksamkeit der Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von Schichten aus Kevlar GSM Kevlar Material.

Schlüsselwörter

Kevlar

9 mm Parabellum Kugel

Ballistische Wirkung

Ballistisches Gel

Materialprüfung

1. Einleitung

Das Konzept vonKörperrüstungwurde 1538 entwickelt und bestand aus Stahlplatten. Bis zum 20. Jahrhundert wurden nach und nach kugelsichere Vollstahlwesten verwendet und verbessert [1]. Heutzutage können die Körperschutzsysteme von&noch Stahl enthalten (jedoch in minimaler Menge), bestehen jedoch hauptsächlich aus StahlKevlar[2]. Die Verwendung von Kevlar wurde Mitte der 1970er Jahre in Westen integriert, und 1976 wurde nach der Entdeckung von Kevlar durch Stephanie Kwolek im Jahr 1971 eine voll entwickelte Weste hergestellt [3]. Dieses neue Material reduzierte das Gesamtgewicht des Körperschutzsystems erheblich und verbesserte die Mobilität des Körpers drastischPerson, die die Weste trägt, was in der modernenkugelsichere Westeheute genutzt.

Das in den Westen verwendete Kevlar besteht aus einem Gewebe, das aus synthetischen Fasern besteht, die durch Polymerisation hergestellt werden. Es ist ein hochfestes Material, das für seine hohe Qualität bekannt istVerhältnis von Stärke zu Gewicht,und im Vergleich zur Stärke zuGewichtsverhältnis von Stahl, Kevlarist fünfmal stärker [4]. Die leichte Eigenschaft von Kevlar in Verbindung mit seinem hohenZerreißfestigkeit(3620 MPa) [5] und seine Kapazität fürEnergieabsorption[6] macht es im Vergleich zu anderen Materialien zu einem idealen Material für die Verwendung in Körperpanzerungen. Ballistische Anwendungen von Verbundwerkstoffen auf Kevlar-Basis umfassen meist Schutzkleidung [7,8]. Der Einfluss ballistischer Einflüsse auf Kevlar und andere Verbundwerkstoffe sowie die mechanischen Eigenschaften des Materials wurden in mehreren Studien untersucht [[9],[10],[11],[12],[13],[14],[15],[16],[17],[18]] im Hinblick auf die Bewertung seiner Merkmale und Wirksamkeit unterStoßbelastung. Diese Studien umfassten beide experimentellen Tests [[9],[10],[11],[12],[13],[14],[15],[16],[17],[18]] undnumerische Modellierung[[19],[20],[21]] und stellte die Wirksamkeit von Kevlar als schlagfestes Material fest. Experimentelle ballistische Tests, die mit den in Lit. 18 verwendeten Proben des Kevlar-Phenol-Komposits durchgeführt wurden, zeigten, dass die Ergebnisse nicht mit den in aktuellen Veröffentlichungen angegebenen Ergebnissen korrelierten, und sie zeigten daher, dass weitere kontrollierte Experimente erforderlich waren. In früheren experimentellen Studien wurden verschiedene Schlagmethoden angewendet, einschließlich Gaspistolen [9,12], 9 mm Kugeln [10,14] und panzerbrechende Projektile [11]. Ein aktives Forschungsgebiet zur Schlagzähigkeit von Kevlar-Materialien war die Untersuchung der Wirkung vonscherverdickende Flüssigkeitenauf derballistische Leistung von Kevlarverstärkte Verbundwerkstoffe [[22],[23],[24],[25]]. Übersichten zu scherverdickenden Flüssigkeiten und ihren Anwendungen wurden in einer Reihe von Veröffentlichungen gegeben [[26],[27],[28]]. Eine Reihe von hochGeschwindigkeitsprojektilTests wurden zuvor wie oben erwähnt durchgeführt, aber in vielen Fällen wurden verschiedene Methoden zur Induktion von Bewegung angewendet, wie z. B. Druckluft oder Gewichtsverlust [29] wurden umgesetzt. Diese Bewegungsinduktionsmethoden korrelieren nicht mit den Unsicherheitseigenschaften von Munition, der Explosion von Schießpulver und dem in den Schusswaffenläufen verwendeten Gewehr.

Die vorliegende Studie zielt darauf ab, die Fähigkeit von Kevlar-Geweben mit unterschiedlichen Gewichten zu untersuchen, ein Projektil gemeinsamen Kalibers zu stoppen, und die Entfernung, die das Projektil durch eine Gel / Kevlar-Kombination zurücklegen kann, um lebensbedrohliche Vorfälle zu verhindern. Die Beiträge dieses Papiers können wie folgt zusammengefasst werden:

1)
Identifizieren Sie die Wirksamkeit verschiedener Schichten vondrei Sorten Kevlargeschichtet, nämlich 160 GSM, 200 GSM und 400 GSM Kevlar-Stoffe.
2)
Untersuchen Sie die Beziehung von GSM zur Anzahl der Schichten, die zum Stoppen von a erforderlich sind9 mm Kugel.
3)
Untersuchen Sie die Beziehung des Munitionstyps zu seiner Eindringtiefe
4)
Bewerten Sie die Anzahl derKevlar-Schichtenbenötigt, um ein Projektil zu stoppen.

In den Tests werden die Kevlar-Schichten, in die ein Projektil eindringen kann, als beschädigte Schichten betrachtet. Das Kaliber der verwendeten Munition beträgt 9 mm Parabellum-Munition, da sie häufig verwendet werden. Die Tests wurden mit einer Glock 17-Pistole in einem Roni-Karabiner-Umrüstsatz durchgeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Autoren nicht mit den Unternehmen verbunden sind, die die Munition herstellen, und keinen finanziellen Gewinn für die Durchführung der Tests erzielt haben. Die angegebenen Ergebnisse sind unvoreingenommen und entsprechen ausschließlich den in den durchgeführten Tests beobachteten Ergebnissen. Aufgrund vieler Unsicherheiten bei ballistischen Tests mussten viele der in der vorliegenden Studie durchgeführten Tests mehrmals wiederholt werden, beispielsweise wenn die Projektile aus dem ballistischen Gel abwichen oder externe Interferenzen beobachtet wurden, die sich auf die Ergebnisse auswirken könnten .

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Videos als Referenz:

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2.Ballistisches Gel und Kevlar-Proben

Die Beschreibung, wie das ballistische Gel und dasKevlarDie konstruierten Proben sind nachstehend beschrieben.

2.1.Ballistisches Gel

Das ballistische Gel wurde aus nicht aromatisierter Gelatine hergestellt. Die Dichte und Konsistenz des Gels muss mit der des Federal Bureau of Investigation (FBI) übereinstimmen. Um die gleiche Konsistenz zu erreichen, befolgen Sie die Anweisungen in Lit. [30] befolgt wurden und es wurde gegen die in Lit. [31].

8 Tassen (250 ml) nicht aromatisiertes Gelatinepulver (ungefähr 1,25 kg) werden mit 8 l Wasser (1 Teil Gelatine pro 4 Teile Wasser) gemischt, bis sich das gesamte Pulver aufgelöst hat. Nachdem die Lösung in die Behälter gegossen worden war (2 × 5 l Behälter wurden für die obige Mischung verwendet), wurden 5 Tropfen ätherisches Öl (ätherisches Zimtblattöl) über die Lösung gegossen und vorsichtig darin eingerührt. Der Grund für das ätherische Öl besteht darin, die Blasen in der Lösung zerstreuen zu lassen und dem ballistischen Gel einen verbesserten Geruch zu verleihen. Die Lösung wird in die Behälter gestellt, die in einen Kühlschrank gestellt werden. Das ballistische Gel war 36 Stunden nach seiner Herstellung gebrauchsfertig und wurde dann in Zellophanverpackung eingewickelt. Ein Video mit den Details zur Herstellung des ballistischen Gels ist bei erhältlichhttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Die Dichte des ballistischen Gels wurde mit 996 km / m berechnet3(99,6% der Wasserdichte). Die durchschnittliche Dichte von menschlichem Blut, Fett und Muskeln [32], was die Konsistenz des menschlichen Fleisches ist, beträgt 1004 kg / m3. Ein Unterschied in der Dichte von 0,8% wird als akzeptabel angesehen, damit das ballistische Gel das Fleisch eines menschlichen Körpers repliziert.

2.2.Kevlar Proben

In den Tests wurden drei Gewichte Kevlar-Gewebe verwendet, nämlich 160 GSM, 200 GSM und 400 GSM. Da Kevlar als gewebtes Material verwendet werden kann, kann die höchste Festigkeit des Materials in einer Ausrichtung von 0 bis 90 verwendet werden. Die Proben wurden mit einer (quasi-isotropen) Orientierung von –45 / +45 gestapelt, die mehr absorbiertEnergiebeim Aufprall als 0–90 aufeinander gestapelte Orientierungen [33]. Die in den Tests verwendeten Proben wurden in Vielfachen von 3 Schichten hergestellt, wobei jede Probe in der Größenordnung von 90 / ± 45/90 geschichtet wurde. Wenn zwei oder drei Proben übereinander gelegt wurden, wurde dies so durchgeführt, dass die letzte Schicht einer Probe bei 45 ° zur nächsten Schicht der nächsten Probe gelegt wurde.

Die Kevlar-Platten wurden geteilt und in A4-Platten geschnitten, um sie zum Zusammenbinden unter Verwendung des empfohlenen Epoxidharzes und Härters vorzubereiten. Die Proben wurden trocknen gelassen. Die Proben wurden nach dem Abbinden des Harzes geschnitten und miteinander verschraubt und für die durchzuführenden Tests in Position gebracht.

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3. Tests und Experimente

Der Versuchsaufbau und die verwendete Munition werden als nächstes diskutiert, gefolgt von den erhaltenen Versuchsergebnissen.

3.1.Experimentelle Einrichtung

Ballistische Tests wurden unter Verwendung von zwei verschiedenen Arten von Munition durchgeführt, nämlich Vollmetallmantel (FMJ) und ummantelter Hohlspitze (JHP) des Kalibers 9 mm Parabellum (kurz P oder Para). Die zum Testen der Proben verwendete Methode wird als nächstes beschrieben:

1)
Ein Schusswaffenchronograph wurde eingerichtet, um die Geschossgeschwindigkeit zu messen. Der Chronograph wurde 2 m von der Mündung der Schusswaffen entfernt platziert, um zu verhindern, dass die Mündungsflamme ungenaue Messwerte liefert.
2)
Ein Basistest wurde durchgeführt, um die Geschossgeschwindigkeit direkt in das ballistische Gel zu bestimmen. Die KinetikEnergieGleichung $E = (1 / 2) m v^{2}$ wurde verwendet, um die Energie und den Abstand des Eindringens in das ballistische Gel zu bestimmen.
3)
DasKevlarDie Proben wurden dann vor das ballistische Gel gelegt und dieses wurde 1 m vom Chronographen entfernt platziert. Der Grund für die Entfernung von 1 m besteht darin, das Worst-Case-Szenario zu wiederholen, in dem eine Person oder ein Objekt aus nächster Nähe erschossen wird.
4)
Die Probe wurde mit dem Projektil durch den Chronographen geschossen, um seine Anfangsgeschwindigkeit zu bestimmen. Danach wird die Probe durchdrungen und das Projektil im ballistischen Gel festgehalten. Die Geschwindigkeiten der Tests wurden verwendet, um eine zu erhaltenDurchschnittsgeschwindigkeitLesen, mit dem die Werte in Schritt 2 aktualisiert wurden.
5)
Die Eindringdistanz in das ballistische Gel wurde gemessen und aufgezeichnet.
6)
Schritt 2 wurde für jeden in den Tests verwendeten Munitionstyp wiederholt. Die Schritte 3 bis 5 wurden für jede Kevlar-Probe wiederholt. Ein Test mit spezifischer Munition wurde wiederholt, wenn sich das Projektil nicht direkt innerhalb des ballistischen Gels bewegte oder wenn es die Kevlar-Probe in einem Bereich durchdrang, der als nicht strukturell einwandfrei angesehen wurde.

Die Setup-Konfiguration wird in angezeigtAbb.1.

Abb.1Vorderansicht (a) und Seitenansicht (b) des Chronographen und des ballistischen Gels für die Experimente.

3.2.Munitionseigenschaften

Informationen zur Munition finden Sie inTabelle 1. Die in den Tests verwendeten Munitionen sind gängige Typen und Marken, die von der Mehrheit der Benutzer von Schusswaffen verwendet werden. Um die Auswirkungen verschiedener 9-mm-Parabellum-Projektile zu vergleichen, werden verschiedene Marken und Typen berücksichtigt. Es wird angemerkt, dass das Gewicht der Munition in Körnern (g) gemessen wird, wobei 15,432 g gleich 1 g sind. Das auf der Munitionskiste angegebene Gewicht entspricht nur dem Gewicht des Projektils und beinhaltet nicht das Schießpulver oder die Patrone. Die Eigenschaften der Munition sind in gezeigtTabelle 1. Die in angegebenen GeschwindigkeitenTabelle 1sind Durchschnittsgeschwindigkeiten, die in den Experimenten aufgezeichnet wurden. Die Zahl, die jeder Munition in entsprichtTabelle 1wird für die jeweiligen Ergebnisse in den Grafiken in diesem Dokument verwendet.

Tabelle 1Eigenschaften der in den Tests verwendeten Munition.

Munition	Geschossgewicht / Körner	Geschossdurchmesser / Zoll	Geschwindigkeit / (m · s−1)	Energie / kJ
1) Sellier und Bellot (S& B) 9 × 19 115 g Vollmetallmantel (FMJ)	115	0.35	373.4	519.507
2) Diplopoint 9 × 19 124 g Vollmetallmantel (FMJ)	124	0.35	354.5	504.893
3) Federal HST 9 × 19 147 g ummantelte Hohlspitze (JHP)	115	0.35	327.1	398.661
4) Sellier und Bellot (S& B) 9 × 19 115 g ummantelte Hohlspitze (JHP)	147	0.35	347.5	575.138

Die Tests wurden durchgeführt, indem die Munition in das ballistische Gel geschossen wurde, um die Eigenschaften des Aufpralls für den Fall, dass eine Person erschossen wurde (nackte Brust), zu reproduzieren. Die Bilder verschiedener Projektile, die aus dem ballistischen Gel gewonnen wurden, sind im YouTube-Video zu sehen unter:https://www.youtube.com/watch?v=WvWsfDiVUiA. Die Entfernungen, die die Projektile ohne Kevlar in das ballistische Gel zurückgelegt haben, sind in angegebenAbb.2.

Abb.2.Distanzen Projektile wanderten in das ballistische Gel mit NrKevlareindringen.

3.3.160 GSMKevlar

Die 160 GSM Kevlar-Tests wurden mit Proben von 3, 6, 9 und 12 Schichten durchgeführt, und die Ergebnisse sind in dargestelltAbb. 3. Da die Proben von Kevlar ein Vielfaches von 3 waren, sind die Ergebnisse auch in Vielfachen von 3 auf dem gezeigtx-Achse.

Abb. 3.Distanzen, die von den Projektilen nach dem Eindringen in verschiedene Schichten von 160 GSM zurückgelegt wurdenKevlar.

Bei den 3-Schicht-Proben bewegten sich die 9-mm-Parabellum-FMJ-Projektile im Vergleich zum Fall ohne Kevlar etwas weniger. Die Hohlpunktgeschosse bewegten sich im Vergleich zum Fall ohne Kevlar weiter. Das 9-mm-Parabellum-Projektil (Nummer 4) verformte sich nicht stark, aber der Messingmantel begann, das Projektil abzureißen.

Die Tests, die mit 6 Schichten von 160 GSM Kevlar durchgeführt wurden, zeigten, dass die 9 mm Parabellum-Hohlpunktprojektile weiter gingen als keine Kevlar-Penetrationstests, bei denen das Projektil Nr. 4 fast die gleiche Entfernung wie das eines FMJ-Projektils aufwies.

Bei den 9 Schichten von 160 GSM Kevlar zeigten die entsprechenden Entfernungen, die die Projektile im Gel zurücklegten, dass die Projektilnummern 1, 3 und 4 weiter gingen, nachdem sie die 9 Schichten von 160 GSM Kevlar durchlaufen hatten, verglichen mit den in die Ballistik geschossenen Projektilen Gel (kein Kevlar).

Die mit 12 Schichten von 160 GSM Kevlar durchgeführten Tests zeigen, dass alle Projektile im Vergleich zu 9 Schichten einen abnehmenden Trend der Eindringtiefe aufweisen.

Wie in ... gesehenAbb. 3Die Eindringtiefen der Projektile schwanken mit zunehmender Tiefe, wenn die Anzahl der Schichten zunimmt. In allen Fällen wird jedoch eine Abnahme von 9 auf 12 Schichten beobachtet. Es wurde beobachtet, dass die Hohlpunktprojektile die Kevlar-Schichten durchdrangen und dabei der Hohlpunkt mit dem Kevlar-Material blockiert wurde. Sobald diese Hohlpunktprojektile das ballistische Gel erreichen, verhalten sie sich wie ein FMJ-Projektil. Aufgrund des oben genannten Grundes drangen die Projektile bei den verwendeten Kevlar-Proben im Vergleich zu den ohne Kevlar durchgeführten Tests weiter in das ballistische Gel ein. Erst wenn ausreichend Kevlar-Schichten eingedrungen waren, um ausreichend Energie zu absorbieren, zeigte das Projektil Eigenschaften eines verringerten Eindringens in das ballistische Gel. Diese Eigenschaft wurde in den anderen Tests mit den unterschiedlichen Gewichten von Kevlar beobachtet, wie in diesem Papier dargestellt.

3.4.200 GSMKevlar

Die 200 GSM Kevlar-Tests wurden mit Proben von 3, 6, 9, 12 und 15 Schichten durchgeführt. Da 200 GSM Kevlar üblicherweise für kugelsichere Westen verwendet wird, wurde beschlossen, Tests mit 15 Schichten durchzuführen. Die Ergebnisse des Eindringens in das ballistische Gel sind in gezeigtAbb.4.

Abb.4Von den Projektilen zurückgelegte Entfernungen nach dem Eindringen in verschiedene Schichten von 200 GSMKevlar.

Die mit 3 Schichten von 200 GSM Kevlar durchgeführten Tests zeigen, dass die 9 mm Parabellum FMJ-Projektile das ballistische Gel durchliefen und die Entfernungen, die sie im Vergleich zum Fall ohne Kevlar zurücklegten, nicht verringert wurden. Die 9-mm-Parabellum-Hohlpunktprojektile sprudelten wie erwartet aus, und beim 9-mm-Parabellum-Projektil Nr. 4 war der Messingmantel im ballistischen Gel eingeklemmt, doch das Bleiprojektil wurde fortgesetzt und gestoppt, wie in aufgezeichnetAbb.4.

Bei 6 Schichten von 200 GSM Kevlar wurde beobachtet, dass die Eindringdistanz von Projektil 1 in das ballistische Gel abnahm, während die Projektile 2, 3 und 4 im Vergleich zum Fall ohne Kevlar weiter in das ballistische Gel eindrangen.

Die mit 9 Schichten von 200 GSM Kevlar durchgeführten Tests zeigen, dass das Projektil Nr. 2 im Vergleich zum Fall ohne Kevlar weiter in das ballistische Gel eindrang. Es wurde beobachtet, dass bei den Projektilen 3 und 4 Kevlar in der Hohlspitze blockiert war, wodurch ein Pilzen verhindert wurde. Die Projektile 3 und 4 wanderten weiter in das ballistische Gel hinein, nachdem sie 9 Schichten von 200 GSM Kevlar im Vergleich zum Fall ohne Kevlar durchdrungen hatten.

Bei den mit 12 Schichten von 200 GSM Kevlar durchgeführten Tests wurde beobachtet, dass 9 mm Parabellum FMJ-Projektile Nr. 1 und 2 nach dem Eindringen einen flacheren Kopf hatten. Das Projektil Nr. 4 war im Kopf stärker abgeflacht, obwohl es mit der mit Kevlar blockierten Hohlspitze nicht viel Pilze hatte. Projektil Nr. 3 pilzte nicht viel, aber es gab Hinweise darauf, dass die Spitze des Kopfes deformiert war.

Die mit 15 Schichten von 200 GSM Kevlar durchgeführten Tests hatten beide FMJ-Projektile, die Anzeichen von Pilzen zeigten. Die Projektilnummern 1 und 2 zeigen eine Abnahme der Eindringtiefe in das ballistische Gel im Vergleich zum Fall ohne Kevlar. Im vorliegenden Fall wurden die Projektile 3 und 4 durch die Kevlar-Schichten gestoppt.

Wie in ... gesehenAbb.4Wenn die Mittelwerte zwischen den Punkten berücksichtigt werden, scheint dies darauf hinzudeuten, dass ein linearer Gradient der abnehmenden Penetration in das ballistische Gel auftritt, sobald ein Peak bei ungefähr 6 Schichten von 200 GSM Kevlar erreicht wurde. Der 200 GSM Kevlar zeigt erwartungsgemäß eine bessere Leistung im Vergleich zum 160 GSM Kevlar. Bei 15 Schichten des 200 GSM Kevlar wurden die Projektile Nr. 3 und 4 gestoppt, nicht jedoch die Projektile Nr. 1 und 2. Nach dem durchschnittlichen Gradienten wird geschätzt, dass die Projektile Nr. 1 und 2 mit möglicherweise 18 und 21 Schichten gestoppt werden Jeweils 200 GSM Kevlar.

3.5.400 GSM Kevlar

Die 400 GSM Kevlar-Tests wurden unter Verwendung von Proben von 3, 6, 9 und 12 Schichten durchgeführt, wie durch die in gezeigten Ergebnisse angezeigtAbb.5.

Abb.5.Distanzen, die von den Projektilen nach dem Eindringen in verschiedene Schichten von 400 GSM zurückgelegt wurdenKevlar.

Die Tests, die mit 3 Schichten von 400 GSM Kevlar durchgeführt wurden, zeigten, dass die Projektile 1, 2 und 3 größtenteils ihre ursprüngliche Form behielten. Wie in ... gesehenAbb.5Die Projektile 3 und 4 wanderten weiter in das ballistische Gel hinein, nachdem es 3 Schichten von 400 GSM Kevlar durchdrungen hatte, während die anderen Projektile eine kürzere Eindringdistanz zeigten.

Die Tests, die mit 6 Schichten 400 GSM Kevlar durchgeführt wurden, zeigten, dass die Projektile 1 und 2 mit den 6 Schichten 400 GSM Kevlar im Vergleich zum Fall ohne Kevlar eine kürzere Entfernung durchdrangen.

Die mit 9 Schichten von 400 GSM Kevlar durchgeführten Tests zeigen, dass alle 9 mm Parabellum-Projektile nach dem Eindringen von 9 Schichten von 400 GSM Kevlar weiter in das ballistische Gel gelangten, im Vergleich zum Eindringen nur in das ballistische Gel.

Wie bei den 12 Schichten von 400 GSM Kevlar verringerte sich die Entfernung der 9 mm Parabellum FMJ-Projektile in das ballistische Gel im Vergleich zum Szenario ohne Kevlar. Die 9-mm-Parabellum-Hohlpunktprojektile bewegten sich im Vergleich zum Fall ohne Kevlar noch weiter.

Gemäß den inAbb.5die Projektile' Die Penetrationsentfernungen erreichten ihren Höhepunkt, aber alle zeigten eine Abnahme der Penetration von 12 Kevlar-Schichten. Die Projektile 1 und 2 würden möglicherweise mit 15 Schichten oder 18 Schichten von 400 GSM Kevlar gestoppt, wenn die Gradienten zwischen 9 und 12 Schichten inAbb.5werden extrapoliert.

4. Analyse und Diskussion der Ergebnisse

Abb.6zeigt den Vergleich der Eindringtiefen verschiedener Projektile in 3 Schichten von 160 GSM, 200 GSM und 400 GSMKevlar. Wie in ... gesehenAbb.6Mit den 9 mm Parabellum-Hohlpunktprojektilen stoppten 3 Schichten von 200 GSM Kevlar die Projektile auf kürzestem Abstand. 3 Schichten von 400 GSM und 160 GSM Kevlar stoppten die Projektile 1 und 2 am meisten.

Abb.6Durchdringungstiefenvergleiche für 3 Schichten von 160 GSM, 200 GSM und 400 GSMKevlar.

Abb.7zeigt die entsprechenden Ergebnisse für 6 Schichten von 160 GSM, 200 GSM und 400 GSM Kevlar. VonAbb.7Es wird beobachtet, dass Projektil 1 in kürzester Entfernung mit 6 Schichten von 160 GSM Kevlar gestoppt wurde, während Projektil 2 durch 6 Schichten von 400 GSM Kevlar am meisten gestoppt wurde. Bei den 9-mm-Parabellum-Hohlpunktprojektilen stoppten 6 Schichten von 160 GSM Kevlar das Projektil 3 am meisten, während das 400 GSM Kevlar das Projektil 4 am meisten stoppte.

Abb.7Durchdringungstiefenvergleiche für 6 Schichten von 160 GSM, 200 GSM und 400 GSMKevlar.

Abb.8zeigt den Vergleich von 9 Schichten von 160 GSM, 200 GSM und 400 GSM Kevlar. Wie in ... gesehenAbb.8,Abb.9mm Parabellum FMJ-Projektil 1 hat mit 9 Schichten von 200 GSM Kevlar eine verringerte Entfernung in das ballistische Gel zurückgelegt. Projektil 2 zeigt mit 9 Schichten 160 GSM Kevlar eine verringerte Wegstrecke in das ballistische Gel. Bei den 9-mm-Parabellum-Hohlpunktprojektilen legte das Projektil 3 mit 9 Schichten 200 GSM Kevlar weniger Abstand in das ballistische Gel zurück, während das Projektil 4 mit 9 Schichten 160 GSM Kevlar eine geringere Entfernung zurücklegte.

Abb.8Durchdringungstiefenvergleiche für 9 Schichten von 160 GSM, 200 GSM und 400 GSMKevlar.

Abb.9Durchdringungstiefenvergleiche für 12 Schichten von 160 GSM, 200 GSM und 400 GSMKevlar.

Abb.9zeigt den Vergleich von 12 Schichten von 160 GSM, 200 GSM und 400 GSM Kevlar. Das geringste Eindringen aller Projektile in das ballistische Gel erfolgte mit 9 Schichten von 200 GSM Kevlar.

Abb.10zeigt die Anzahl der Kevlar-Schichten, die die verschiedenen Projektile stoppen konnten. VonAbb.10kann beobachtet werden, dass 200 GSM Kevlar die Projektile im Durchschnitt mehr stoppen.Abb.10zeigt auch, dass mit Ausnahme von Projektil 1 und 2 alle Projektile mit 9 Schichten von 200 GSM Kevlar gestoppt wurden. 160 GSM und 400 GSM Kevlar zeigten keine zufriedenstellende Leistung und stoppten keines der getesteten Projektile. Daher sind keine Daten für diese spezifischen Gewichte von Kevlar in angegebenAbb.10.

Abb.10.Layer verschiedener GSMKevlardas stoppte die Projektile.

Abb.7,Abb.9zeigen an, dass es keine ähnlichen Eigenschaften mit unterschiedlichen Projektilen für zwei unterschiedliche Anzahlen von Schichten mit ähnlichem GSM gibt. Ein Beispiel sind 12 Schichten von 200 GSM Kevlar und 6 Schichten von 400 GSM Kevlar. Beide Proben haben jeweils insgesamt 2400 GSM Kevlar. Beim Vergleich dieser beiden unterschiedlichen Proben verringern sie den Abstand der Projektile nicht um einen ähnlichen Betrag. Ähnliche Korrelationen und Schlussfolgerungen können aus 3 Schichten von 400 GSM Kevlar und 6 Schichten von 200 GSM Kevlar beobachtet werden. Jeder dieser Fälle hat 1200 GSM-Proben, weist jedoch keine ähnlichen Eigenschaften in den Ergebnissen auf.

Durchschnittskurven für Projektile 1 und 2, gezeigt inAbb.4zeigen an, dass die Projektile mit 6 und 7 Vielfachen von 3 Schichten des 200 GSM Kevlar (dh 18 und 21 Schichten von 200 GSM Kevlar) anhalten würden. Es gibt einen Trend, der ungefähr die doppelte Anzahl von Kevlar-Schichten benötigt, die benötigt werden, im Vergleich zu dem tatsächlich beschädigten Kevlar, um die Projektile zu stoppen. Bei 18 und 21 Schichten von 200 GSM Kevlar werden die Projektile 1 und 2 in ungefähr 9 und 10 Schichten Kevlar anhalten. Diese Anzahl von Schichten korreliert mit der Anzahl von Schichten aus Kevlar, die handelsübliche kugelsichere Kevlar-Westen enthalten.

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5. Schlussfolgerungen

Vergleiche von 160 GSM, 200 GSM und 400 GSMKevlarunter ballistischem Aufprall wurden mit den ballistischen Tests durchgeführt, die mit 9 mm Parabellum-Munition und mit unterschiedlicher Anzahl von Kevlar-Schichten durchgeführt wurden. Es wurde beobachtet, dass einige Kevlar-Schichten die Projektile nicht wirksam stoppen, sondern die Projektile dazu zwingen, sich weiter in das ballistische Gel hinein zu bewegen. Erst wenn die Anzahl der Schichten erhöht ist, wurde eine Abnahme des Eindringens des Projektils in das ballistische Gel beobachtet. Der Grund für diese Penetrationsspitze, insbesondere bei den Hohlpunktprojektilen, lag darin, dass sich das Loch mit Kevlar-Material füllte und es als FMJ-Projektil fungierte. Ähnlich gemitteltnegative Gradientenwurden zwischen dem FMJ und Hohlpunktprojektilen beobachtet, sobald der Peak erreicht wurde.

Zusammenfassend können die Beiträge dieses Papiers zusammengefasst werden:

1)
Die Wirksamkeit verschiedener Schichten von 160 GSM-, 200 GSM- und 400 GSM-Kevlar-Typen, die mit ballistischem Gel überzogen waren, wurde untersucht, und es wurde festgestellt, dass 200 GSM Kevlar zum Stoppen eines 9 mm Parabellum-Projektils wirksamer war.
2)
Es wurde festgestellt, dass es keine lineare Beziehung zwischen zwei verschiedenen Kevlar-Typen mit unterschiedlichen Gewichten (wie 200 GSM und 400 GSM Kevlar) gibt, die so geschichtet sind, dass sie das gleiche kombinierte Gewicht haben.
3)
Es wurden vier verschiedene Arten von 9 mm Parabellum-Munition getestet und ihre Eindringtiefen in das ballistische Gel für verschiedene Kevlar-Schichten identifiziert.
4)
Es wurde festgestellt, dass für eine 9-mm-Parabellum-Munition, die weltweit am häufigsten verwendet wird, mindestens 21 Schichten von 200 GSM Kevlar erforderlich sind, um das Projektil zu stoppen. Es wird empfohlen, als Sicherheitsmaßnahme einen zusätzlichen Sicherheitsfaktor einzubeziehen, da das Eindringen auch vom Projektilprofil abhängt.

Basierend auf den oben dargestellten Ergebnissen für die Eigenschaften von Kevlar-Schichten mit unterschiedlichem Gewicht wird gehofft, dass diese Eigenschaften verwendet werden können, um sichere und wirksame kugelsichere Westen zu entwickeln und zu entwerfen.

Der allgemeine Trend, dass die doppelte Menge an Kevlar-Schichten im Vergleich zur tatsächlichen Menge an beschädigten Schichten erforderlich ist, wäre es wert, in weiteren Forschungen mit unterschiedlicher Munition untersucht zu werden. Zukünftige Forschungen könnten auch den Penetrationseffekt von Projektilen und Munition mit kleinerem Kaliber auf Kevlar im Vergleich zu 9-mm-Para-Munition aufzeigen. In ähnlicher Weise wird die zukünftige Forschung in der Lage sein zu identifizieren, wie unterschiedliche Munition und Projektile 200 GSM Kevlar durchdringen, wie das Kevlar, das nur in kugelsicheren Westen verwendet wird. Mit den Eigenschaften, die beobachtet werden, wenn die Hohlpunktprojektile tiefer in das ballistische Gel eindringen, nachdem die Hohlspitze mit Kevlar blockiert wurde, würde die zukünftige Forschung ermöglichen, festzustellen, ob ein ähnlicher Effekt in einem Szenario auftreten würde, in dem das Projektil Kleidung durchdringt, bevor es in Fleisch eindringt .

Danksagung

Die Forschung wurde teilweise von der finanziertNationale Forschungsstiftung. Die folgenden Unternehmen und Einzelpersonen werden für ihre Unterstützung, Anleitung und Nutzung ihrer Einrichtungen in alphabetischer Reihenfolge anerkannt: Borrie Bornman, John Evans, Kompetenz- und Schulungszentrum für Schusswaffenkompetenz (3927 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (Waffenhändler und Büchsenmacher;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), River Valley Farm& Naturschutzgebiet (27 82 694 2258;http://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), Marc Lee, David und Natasha Robert, Simms Arms (27 39 315 6390;http://www.simmsarms.co.za;simmscraig@msn.com), Southern Sky Operations (27 31 579 4141;www.skyops.co.za;mike@skyops.co.za), Louis und Leonie Stopforth. Es ist zu beachten, dass die Meinungen der Autoren in diesem Papier nicht unbedingt die Meinungen der oben genannten Unternehmen, Organisationen und Einzelpersonen sind. Die Autoren erhielten keinen finanziellen Gewinn für die durchgeführten Tests.