การวิเคราะห์แฟรกเมนเทชันและไฟไนต์เอเลเมนต์เพื่อศึกษาความต้านทานกระสุนของแผ่นลามิเนตกระจก-พีวีบี

Abstract

งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อที่จะพัฒนาโครงสร้างของเกราะใสซึ่งใช้วัสดุหลัก คือ กระจกโซดาไลม์และฟิล์มโพลีไวนิลบิวไทรอล ให้มีความหนาลดลงและมีน้ำหนักเบาขึ้น โดยยังคงความสามารถในการป้องกันกระสุนระดับ 3A ตามมาตรฐาน NIJ ไว้ได้ ขั้นตอนการวิจัยประกอบด้วยการลามิเนตชิ้นงานเกราะใส โดยมีการจัดเรียงแผ่นกระจกและฟิล์มในรูปแบบต่างๆ กันเพื่อพิจารณาอิทธิพลของตัวแปรที่อาจส่งผลต่อความสามารถในการป้องกันกระสุนของเกราะใส อันได้แก่ (i) ความหนาของแผ่นกระจก (ii) จำนวนชั้นของแผ่นเกราะ (iii) ความหนาของฟิล์ม และ (iv) การใช้แผ่นโพลีคาร์บอเนตมาประกอบในโครงสร้างเพื่อลดน้ำหนักชิ้นงาน จากนั้นนำชิ้นงานที่ลามิเนตแล้วไปทำการทดสอบต้านทานการยิงตามมาตรฐานด้วยกระสุน .44 magnum ความเร็ว 426 เมตรต่อวินาที รอยแตกที่ปรากฏบนชิ้นงานที่ผ่านการทดสอบยิงจะถูกนำมาตรวจสอบและวิเคราะห์หาความสัมพันธ์ร่วมกับการกระจายขนาดของเศษกระจกที่หลุดจากแผ่นหน้าของเกราะใส โดยใช้เทคนิคการวิเคราะห์แฟรกเมนเทชัน ผลจากการวิจัยนี้ทำให้ทราบค่าความหนาที่เหมาะสมของกระจกแผ่นแรก (ด้านปะทะกระสุน) และอิทธิพลของการเพิ่มความหนาของฟิล์มที่มีต่อพฤติกรรมการแตกของชิ้นงาน ข้อมูลดังกล่าวได้ถูกนำมาวิเคราะห์เปรียบเทียบกับแบบจำลองไฟไนต์เอเลเมนต์สองมิติแบบ Axisymmetric ซึ่งถูกพัฒนาขึ้นสำหรับโครงสร้างเกราะในระบบนี้ พบว่าข้อมูลจากการทดสอบจริงและจากแบบจำลองให้ผลที่สอดคล้องกัน เกราะใสกันกระสุนที่มีความหนาลดลง 9.76 มิลลิเมตร และมีน้ำหนักเบากว่าชิ้นงานมาตรฐาน 19.23 เปอร์เซ็นต์ สามารถผลิตขึ้นได้จากงานวิจัยนี้ และเมื่อประกอบแผ่นโพลีคาร์บอเนตเข้ากับด้านหลังของชิ้นงาน จะทำให้เกราะที่ได้มีน้ำหนักเบากว่าชิ้นงานมาตรฐาน 26.54 เปอร์เซ็นต์ และความหนาลดลง 11.76 มิลลิเมตร