Stainless steel composite metal foam offers more protection than other forms of armour / La schiuma di metallo composito in acciaio inossidabile offre una protezione maggiore rispetto ad altre forme di armatura
Armour made from stainless steel composite metal foam can block blast pressure and fragmentation at 5,000ft/s from high explosive incendiary rounds that detonate 457mm away.
These are conclusions from research conducted by North Carolina State University and the US Army’s Aviation Applied Technology Directorate, which are detailed in the Journal of Composite Structures.
“In short, we found that composite metal foam (CMF) offers much more protection than all other existing armour materials while lowering the weight remarkably,” said Afsaneh Rabiei, senior author of a paper on the work and a professor of mechanical and aerospace engineering at NC State. “We can provide as much protection as existing steel armour at a fraction of the weight – or provide much more protection at the same weight.
“Many military vehicles use armour made of rolled homogeneous steel, which weighs three times as much as our steel-CMF,” Rabiei said. “Based on tests like these, we believe we can replace that rolled steel with steel-CMF without sacrificing safety, better blocking not only the fragments but also the blast waves that are responsible for trauma such as major brain injuries. That would reduce vehicle weight significantly, improving fuel mileage and vehicle performance.”
For this study, researchers fired a 23×152mm HEI round – often used in anti-aircraft weapons – into an aluminium strikeplate that was 2.3mm thick. Steel-CMF plates measuring 254mm by 254mm – and either 9.5mm or 16.75mm thick – were placed 457mm from the aluminium strikeplate. According to NC State, the researchers assessed that the steel-CMF held up against the wave of blast pressure and against the copper and steel fragments created by the exploding round, as well as aluminium from the strikeplate.
“Both thicknesses of steel-CMF stopped the blastwave, and the 16.75mm steel-CMF stopped all of the fragments from 15mm2 to over 150mm2 sizes,” Rabiei said. “The 9.5mm steel-CMF stopped most, but not all, of the fragments. Based on the results, a 10mm steel-CMF plate would have stopped all of the frag sizes.”
The researchers also developed computer models of how the steel-CMF plate would perform. When compared to the experimental results, the model is said to have matched very closely. The researchers then used the model to predict how aluminium 5083 armour – a type of armour that has a similar weight and thickness to the 16.75mm steel-CMF – would perform against HEI rounds.
The model showed that, while aluminium armour of similar weight to the steel-CMF panels would stop all of the frags, the aluminium armour would buckle and allow fragments to penetrate much deeper.
This would result in more damage to the panel, transferring large amounts of stress to the soldiers or equipment behind the armour. The steel-CMF absorbs the energy of the blast wave and flying fragments through local deformation of hollow spheres, leaving the steel-CMF armour under considerably less stress.
Next steps include testing the steel-CMF against improvised explosive devices and high-calibre, mounted ballistics. The researchers have already tested the CMF’s performance against hand-held assault weapons, radiation and extreme heat.
ITALIANO
L'armatura realizzata in schiuma di metallo composito di acciaio inossidabile può bloccare la pressione di scoppio e la frammentazione a 5.000 piedi / s da alti colpi esplosivi esplosivi che detonano 457 mm.
Queste sono conclusioni tratte dalla ricerca condotta dalla North Carolina State University e dalla direzione della Tecnologia applicata sull'aviazione dell'esercito americano, che sono dettagliate nel Journal of Composite Structures.
"In breve, abbiamo scoperto che la schiuma di metallo composito (CMF) offre molta più protezione di tutti gli altri materiali di armatura esistenti riducendo al contempo notevolmente il peso", ha affermato Afsaneh Rabiei, autore senior di un lavoro sul lavoro e professore di ingegneria meccanica e aerospaziale allo stato NC. "Siamo in grado di fornire la stessa protezione delle armature in acciaio esistenti ad una frazione del peso - o fornire molta più protezione a parità di peso.
"Molti veicoli militari usano armature fatte di acciaio laminato omogeneo, che pesa tre volte di più del nostro acciaio-CMF", ha detto Rabiei. "Sulla base di test come questi, crediamo di poter sostituire l'acciaio laminato con acciaio-CMF senza sacrificare la sicurezza, bloccando meglio non solo i frammenti ma anche le onde d'urto che sono responsabili di traumi come le lesioni cerebrali maggiori. Ciò ridurrebbe in modo significativo il peso del veicolo, migliorando il consumo di carburante e le prestazioni del veicolo. "
Per questo studio, i ricercatori hanno sparato un round HEI 23 × 152mm - spesso usato in armi antiaeree - in una piastra d'attacco di alluminio dello spessore di 2,3 mm. Piastre in acciaio CMF da 254 mm per 254 mm - e con uno spessore di 9.5 mm o 16.75 mm - sono state posizionate a 457 mm dalla piastra metallica in alluminio. Secondo lo stato dell'NC, i ricercatori hanno valutato che il CMF in acciaio resisteva all'ondata di pressione di scoppio e ai frammenti di rame e acciaio creati dal round esplosivo, oltre all'alluminio dalla piastra d'attacco.
"Entrambi gli spessori dell'acciaio CMF hanno fermato l'esplosione e il CMF in acciaio di 16,75 mm ha fermato tutti i frammenti da 15 mm2 a dimensioni superiori a 150 mm2", ha affermato Rabiei. "Il CMF in acciaio da 9,5 mm ha bloccato la maggior parte, ma non tutti, dei frammenti. Sulla base dei risultati, una piastra in acciaio CMF da 10 mm avrebbe bloccato tutte le dimensioni dei frammenti. "
I ricercatori hanno anche sviluppato modelli computerizzati di come si sarebbe comportata la lastra in acciaio-CMF. Rispetto ai risultati sperimentali, si dice che il modello sia stato abbinato molto da vicino. I ricercatori hanno poi utilizzato il modello per prevedere come l'armatura in alluminio 5083 - un tipo di armatura che ha un peso e uno spessore simili a quello in acciaio CMF di 16,75 mm - si attesti contro i round HEI.
Il modello ha mostrato che, mentre un'armatura di alluminio di peso simile ai pannelli in acciaio CMF avrebbe fermato tutti i frammenti, l'armatura di alluminio si sarebbe piegata e avrebbe permesso ai frammenti di penetrare molto più in profondità.
Ciò comporterebbe maggiori danni al pannello, trasferendo grandi quantità di stress ai soldati o alle attrezzature dietro l'armatura. Il CMF in acciaio assorbe l'energia dell'onda d'urto e dei frammenti volanti attraverso la deformazione locale delle sfere vuote, lasciando l'armatura in acciaio CMF sottoposta a uno stress considerevolmente inferiore.
I prossimi passi includono il test dell'acciaio-CMF contro i dispositivi esplosivi improvvisati e la balistica montata di alto calibro. I ricercatori hanno già testato le prestazioni del CMF contro le armi d'assalto portatili, le radiazioni e il caldo estremo.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/composite-metal-foam-cmf-armour/?cmpid=tenews_4922024&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79
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