High-speed digital imaging system for analyzing of ballistic body armour deformation during bullet stroking

Badania rozwoju stożka odkształcenia w aspekcie udaru balistycznego podczas niepenetrującego uderzenia pocisku, wymagają jego obserwacji z zastosowaniem kamery o prędkości rejestracji do miliona obrazów/s i czasie obserwacji do 1000ms. Współczesne systemy do szybkiej rejestracji obrazów rzędu miliona obrazów/s, bazują głównie na zastosowaniu kilku sensorów CCD. Wadą tych systemów jest mała liczba obrazów rejestrowanych w pojedynczej sekwencji, do 128, oraz wysoka cena. W artykule zaprezentowano autorski system do analizy stożka odkształcenia pozwalający na rejestrację z prędkością do 1 miliona obrazów/s. Liczba obrazów rejestrowanych w pojedynczej sekwencji może być powyżej 100000.The research concerning verification of the developed ballistic packets was devoted to testing the absorbed amount of kinetic energy of the bullet and forming the cone deformation during the stroke in real time. Development of cone deformation to the maximum height can be reached in the range time of 50-1000 s. Research of cone deformation in view point of negative physiological effects in a human torso requires applying of camera with a scanning rate up to 1 million scans/s and recording time up to 1000 s. Accessible high-speed imaging systems with the scanning rate up to 1 million scans/s mainly base on the using of a few CCD sensors and light-dividing prism or using of CCD sensors built in Frame Transfer technology. Disadvantages of such systems are very few numbers of images recorded in the one scan, less then 128, and high price. A novel, three-dimensional system registering in real time the deformation of the ballistic packet during the stroke was proposed. The measuring method is based not on registering a series of images but on a continuous numerical recording of the displacement of the selected element of the deformation cone in relation to the initial plane of the sample. Reconstruction of the cone deformation is performed by using approximation algorithms based on artificial neural networks. Presented system allows acquiring cone defor-mation with the rate of 1 million scans/s. The number of images, which are recorded in the one scan, can be more then 100000

Numerical Modelling and Analysis of Ballistic Performance of a Multilayer Para-Aramid Packet

Dobór odpowiedniej liczby warstw tekstylnego pakietu balistycznego, tak aby spełnić wymagane kryteria bezpieczeństwa stosownie do przyjętej klasy kuloodporności, realizowany jest głównie w oparciu o badania eksperymentalne w tunelu balistycznym z użyciem znormalizowanego podłoża. W pracy przedstawiono podejście doboru odpowiedniej liczby warstw pakietu poprzez modelowanie zjawiska uderzenia pocisku w pakiet balistyczny metodą elementów skończonych, co pozwala na ograniczenie zakresu badań eksperymentalnych. W przeprowadzonych badaniach analizowano metodą elementów skończonych uderzenie pocisku Parabellum 9 x 19 mm FMJ, składającego się z ołowianego rdzenia i płaszcza, w wielowarstwowy pakiet balistyczny złożony z tkanin paraaramidowych Twaron CT709. W pierwszym etapie badań, w celu doboru parametrów modelu pocisku, analizowano jego deformację wyznaczoną symulacyjnie i eksperymentalnie podczas uderzenia z różną prędkością w nieodkształcalną płytę. W następnym etapie, w celu doboru i weryfikacji parametrów modelu materiałowego tkaniny paraaramidowej Twaron CT709, wyznaczano symulacyjnie przy prędkości uderzenia pocisku 366 m/s wysokość stożka odkształcenia w pakietach tekstylnych o różnej liczbie warstw i prędkość resztkową po przejściu pocisku przez pakiet. Rezultaty tych badań weryfikowano następnie z publikowanymi wynikami badań eksperymentalnych. Ostatni etap badań symulacyjnych polegał na ocenie kuloodporności wielowarstwowych pakietów złożonych tkanin paraaramidowych Twaron CT709 podczas uderzenia pocisku Parabellum 9 x 19 mm z różnymi prędkościami. Przeprowadzono symulacje komputerowe uderzenia pocisku w pakiet balistyczny składający się z 8, 12, 16, 20 i 24 warstw dla zakresu prędkości uderzania 300-460 m/s, obejmującego klasy kuloodporności II-A, II i III-A. W wyniku przeprowadzenia badań uzyskano zweryfikowane eksperymentalnie modele materiałowe dla pocisku Parabellum 9 x 19 mm FMJ i tkaniny paraaramidowej Twaron CT709. Badania symulacyjne wielowarstwowych pakietów wykazały, że ich kuloodporność zależy od liczby warstw tkanin oraz prędkości uderzenia pocisku. Stwierdzono, że klasa kuloodporności II-A jest spełniona dla pakietu złożonego przynajmniej z 10 warstw tkaniny Twaron CT709. W przypadku klasy kuloodporności II, pakiet musi być złożony przynajmniej z 12 warstw, a w przypadku klasy kuloodporności III-A - przynajmniej z 16 warstw. Taka konfiguracja warstw dla poszczególnych klas kuloodporności zapewnia nieprzestrzelenie pakietu i maksymalną poprzeczną deformację mniejszą niż 44 mm.The selection of the appropriate number of layers of textile ballistic package, in order to meet the required safety criteria according to the accepted class of bulletproofness, is implemented mainly on the basis of experimental research in the ballistic tunnel using a normalised ballistic substrate. The paper presents an approach to the selection of the appropriate number of layers of the package by modelling the phenomenon of ballistic impact into the package by using the finite element method, which allows us to limit the scope of experimental research. In the research, the ballistic impact of the 9 x 19 mm FMJ Parabellum bullet consisting of a lead core and jacket into the multi-layer ballistic package submitted from a fabric of para-aramid Twaron CT709 was analysed by using the finite element method. In the first stage of the research, for the selection of model parameters of the bullet, the deformation was analysed and designated by simulation and experiment during the impact at different speeds in the non-deformable plate. In the next step, for the selection and verification of material parameters of paraaramid fabric Twaron CT709, determined by simulation at an impact speed of the bullet of 366 m/s, the height of the cone deformation of textile package and the residual velocity of the bullet after puncturing the package. The results of the research were verified with the published experimental results. The last stage of simulation research included the evaluation of bullet-proof multi-layer packages composed of para-aramid fabric Twaron CT709 during the impact of 9 x 19 mm Parabellum bullet at different speeds. The bullet impact into the ballistic package consisting of 8, 12, 16, 20, 24 layers, at the speed range of 300-460 m/s, including bullet-proofness class II-A, II, and III-A was carried out. The material models 9 x 19 mm Parabellum bullet FMJ and para-aramid fabric Twaron CT709 were verified with the results published in literature. The simulation research of multilayer packets have shown that the bulletproofness depends on the number of layers of fabric and the velocity of bullet impact. It has been found that the bullet-proofness class II-A is obtained for the package composed of at least 10 layers of Twaron CT709. In the case of bullet-proofness class II, the package must be composed of at least 12 layers but in the case of bullet-proofness class III-A, of at least 16 layers. Such a configuration of layers, for particular classes of bullet-proofness, provides nopenetration packages and maximum perpendicular deformation of less than 44 mm

Pareto optimal control problem and its Galerkin approximation for a nonlinear one-dimensional extensible beam equation

Our goal is to study the Pareto optimal control system for a nonlinear one-dimensional extensible beam equation and its Galerkin approximation. First we consider a mathematical model of the beam equation which was obtained by S. Woinowsky-Krieger in 1950. Next we consider the Pareto optimal control problem based on this equation. Further, we describe the approximation of this system. We use the Galerkin method to approximate the solution of this control problem with respect to a spatial variable. Based on the standard finite dimensional approximation we prove that as the discretization parameters tend to zero then the weak accumulation point of the solutions of the discrete optimal control problems exist and each of these points is the solution of the original Pareto optimal control problem

Evaluation of selected transport enterprises in the sphere of prevention of damage of transported goods

Na podstawie badań ankietowych scharakteryzowano małe przedsiębiorstwo transportu drogowego. Pytania ankietowe dotyczyły doświadczeń zawodowych kierowców i wiedzy na temat uszkodzeń ładunków. Uzyskana wiedza dotyczyła zjawisk zachodzących w przedsiębiorstwie. W podsumowaniu przedstawiono możliwości zapobiegania uszkodzeniom przewożonych ładunków.A survey of the small road transport company has been characterized. The survey questions concerned the professional experience of drivers and the knowledge of cargo damage. The acquired knowledge concerned the phenomena taking place in the enterprise. The summary shows the possibilities of preventing damage to the transported goods

Selected examples of cargo damage in car transport

Scharakteryzowano ogólnie możliwości uszkodzenia ładunków przewożonych samochodami ciężarowymi. Przedstawiono przykłady uszkodzonych ładunków w skrzyniach ładunkowych. Przedstawione przykłady dotyczą ładunków przewożonych przez małą firmę transportową z okolic Szczecina. W końcowej części opisano przyczyny uszkodzeń ładunków i możliwe przedsięwzięcia służące ich usunięciu.The possibility of damage of goods transported by trucks is generally described. Examples of damaged cargo in cargo boxes are presented. These examples refer to loads carried by a small transport company from town near Szczecin. The final part describes the causes of cargo damages and the possibilities of preventing them

Ocena barierowości tkanin na przepuszczalność promieniowania UV emitowanego przez sztuczne źródła

In production processes artificial UV sources are frequently used, which can generate UV radiation within the range from 200 nm to 400 nm. The intensity of UV radiation generated by artificial sources and affecting the body may be hundreds of times larger than natural solar UV radiation. Exposure of the human body to this type of radiation leads to dangerous pathophysiological changes. Typical protective clothing against UV radiation is made of woven fabric where different sizes of clearances make it possible to transmit high intensive UV radiation directly on the human body. In order to analyse UV radiation intensity transmitted by different structures of woven fabric, a stepper motor driven scanner with a UV sensor based on a photodiode was constructed. The scanning resolution was about 0.1 mm × 0.1 mm. As an artificial UV source, a high pressure mercury lamp emitting UV radiation within the range from 210 nm to 400 nm was chosen. Among the woven fabrics tested, which were woven using the same yarn type and weft & warp densities, the most effective UV barriers are plain weave fabrics. A slightly lower value of the coefficient is observed for twill weave fabrics. For satin weave fabrics the attenuation coefficient is the lowest. Distribution images of UV radiation intensity transmitted by the woven fabric samples show irregular areas of different sizes, significantly exceeding the size of individual clearances, which was due to the photosensitive element of the photodiode moving away by 2 - 3 mm from the reverse side of the woven fabric, with the phenomena of UV radiation dispersion passing by the woven fabric clearances.W wielu procesach produkcyjnych stosuje się sztuczne źródła promieniowania UV, które mogą oddziaływać na ciało człowieka i w konsekwencji powodować niebezpieczne zmiany patofizjologiczne. W artykule przedstawiono badania wpływu parametrów struktury tkaniny na jej właściwości barierowe UV w przypadku ekspozycji wysokoenergetycznym źródłem promieniowania UV. Analizowano również rozkład promieniowania przechodzącego przez strukturę tkaniny w celu wykrycia, w miejscach prześwitów, obecności promieniowania UV o bardzo wysokim natężeniu, porównywalnym z natężeniem promieniowania padającego

Tkaniny z przędzą hybrydową jako ochrona przed promieniowaniem elektromagnetycznym

The aim of the study was to verify whether the construction of a specific hybrid yarn containing a ferromagnetic core and electroconductive wire introduced into woven fabric will improve the shielding effectiveness (SE) in comparison with reference fabrics made of the same raw materials but introduced into woven fabrics as plain wefts, not twisted into the hybrid yarn. Hybrid yarn made of electroconductive materials allows the creation of a set of solenoids with a ferromagnetic core made of steel yarn and a solenoid of conductive effect yarns made of copper. The woven fabric made of these yarns placed into an alternating electromagnetic field (EMF) exhibits a phenomenon where an alternating electric voltage is generated between the ends of the copper solenoid, and alternating magnetisation of the ferromagnetic core takes place. Twelve fabrics were produced, nine of which differed in the density with which the hybrid yarns were introduced as wefts, i.e. once every 25×2 tex cotton yarn, every two cotton yarns, and every three cotton yarns, and the remaining three were reference fabrics, without hybrid yarn. It was found that if measured at a frequency of 30 MHz, the fabrics containing hybrid yarns had 60% higher SE than the reference ones.Celem pracy była weryfikacja czy budowa wybranych przędz hybrydowych zawierających materiał ferromagnetyczny, wprowadzonych do tkanin może poprawić skuteczność ekranowania (EE) tych tkanin w porównaniu do tkanin referencyjnych wykonanych z tych samych surowców co tkaniny zawierające przędzę hybrydową, jednak niezawierających przędz hybrydowych a jedynie materiały, z których przędza hybrydowa jest wykonana, a zostały one wprowadzone do tkanin jako niepołączone z sobą w hybrydę wątki. Przędze hybrydowe zostały wykonane z materiałów elektroprzewodzących w taki sposób, że na swej powierzchni mają zestaw solenoidόw posiadających jako rdzeń materiał ferromagnetyczny –stal nierdzewną, natomiast oplotem przędzy był składnik wykonany z materiału elektroprzewodzącego-miedzi. Tkaniny wykonane z tych przędz, umieszczone w zmiennym polu elektromagnetycznych (PEM) wykazują zjawisko indukowania prądu zmiennego w komponencie wykonanym z miedzi oraz zmiennego magnetyzowania elementu wykonanego ze stali nierdzewnej. Wykonano dwanaście tkanin, spośród których dziewięć charakteryzowało się różną częstotliwością wprowadzania przędz hybrydowych jako wątków do tych tkanin, np. jedna przędza hybrydowa co każdą przędzę bawełnianą 25x2 tex, jedna przędza hybrydowa, co dwie i co trzy przędze bawełniane. Pozostałe trzy tkaniny referencyjne, nie posiadały wątków w postaci przędz hybrydowych. Stwierdzono, iż przy pomiarze w zmiennym polu elektromagnetycznych o częstotliwości 30 MHz, tkaniny posiadające przędzę hybrydową wykazują o 60% większą ogólna zdolność ekranowania niż w przypadku tkanin referencyjnych