CC BY
31
ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИИ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 677.017
Я. И. Буланов, А. В. Курденкова, Ю. С. Шустов, Н. Г. Мошкало
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УСИЛИЯ ПРОКОЛА ТКАНЕЙ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ РАЗЛИЧНЫХ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ
Ключевые слова: парааарамидные ткани, прогнозирование, усилие прокола, теория подобия и анализа размерностей, количество слоев, влажность ткани, индентор.
Конструкция холодного оружия предполагает наличие поражающих элементов и защитных устройств, в совокупности определяющих его специальное целевое назначение. Источником энергии при использовании холодного оружия является только мускульная сила человека. Непосредственный контакт подразумевает замкнутость условной цепочки: нападающий - оружие - объект поражения. Надежность определяется прочностью всей конструкции и ее элементов, безопасностью для пользователя и удобством целевого использования. В связи с этим важным является прогнозирование усилия прокола тканей для бронезащиты с учетом внешних факторов. В работе получена математическая модель, позволяющая с высокой степенью точности прогнозировать усилие прокола в зависимости от влажности параарамидных тканей, скорости движения инденто-ра, количества слоев и параметров строения образцов.
Key words: para-aramid tissues, prediction, puncture force, theory of similarity and dimensional analysis, number of layers, tissue
moisture, indentor.
The design of cold weapons implies the presence of damaging elements and protective devices, which together determine its special purpose. The source of energy in the use of cold weapons is only the muscular strength of man. Direct contact implies the closure of the conventional chain: the attacker - the weapon - the object of defeat. Reliability is determined by all functions and their elements, security for the user and the convenience of the intended use. In this regard, it is important to predict the forces ofpuncturing the tissues for armored protection taking into account external factors. A mathematical model allowing a high degree of prediction accuracy depending on the humidity of para-aramid tissues, the speed of the indenter movement, the number of layers and the parameters of the structure of the samples is obtained in the work.
Конструкция холодного оружия предполагает наличие поражающих элементов и защитных устройств, в совокупности определяющих его специальное целевое назначение. Источником энергии при использовании холодного оружия является только мускульная сила человека. Непосредственный контакт подразумевает замкнутость условной цепочки: нападающий - оружие - объект поражения. Надежность определяется прочностью всей
Таблица 1 -Структурные характеристики тканей для бронежилетов
конструкции и ее элементов, безопасностью для пользователя и удобством целевого использования.
В связи с этим важным является прогнозирование усилия прокола с учетом количества слоев тканей для бронезащиты и их влажности.
В качестве объектов исследования были выбраны образцы тканей баллистического назначения (табл. 1).
Показатель качества Обозначение арт. 86144 арт. 86136 арт. 86294 арт. 53631 арт. 84127
Толщина, мм b 0,27 0,26 0,27 0,30 0,23
Линейная плотность нитей основы, текс Т 1 о 55,0 61,0 29,5 62,0 34,0
Линейная плотность нитей утка, текс Ту 55,0 60,0 29,5 60,0 32,0
Плотность ткани по основе, число нитей / 10 см По 150 130 270 150 240
Плотность ткани по утку, число нитей / 10 см П 140 140 240 150 210
Поверхностная плотность ткани, г/м2 м1 164,5 168,4 152,6 187,0 152,0
Переплетение Саржевое Атласное Полотняное Вафельное Полотняное
Для определения зависимости усилия прокола параарамидных тканей от влажности ткани, скорости движения индентора, количества слоев и параметров строения полотен воспользуемся методами теории подобия и анализа размерностей[1-7] оп =/(о» их, щ*. цкп, п а, x, то, ту, по, пу, (у, я яу), (1) где Оуп - усилие прокола параарамидной ткани после изменения влажности ткани, скорости движения индентора, количества слоев, Н; Оуписх - усилие прокола параарамидной ткани в 1 слой при влажности ткани 65% и скорости движения индентора 500 мм/мин, Н; Щтк - влажность ткани при воздействии водной среды, %;
Щтк 65 - влажность ткани при 65% влажности
воздуха (нормальные кондиционные условия),
%;
п - количество слоев ткани; V - скорость движения индентора, м/с; а - диаметр отверстия для прокалывания в зажиме для закрепления образца, м, а=0,06 м; X - время проникновения насадки на 5 мм сквозь образец, с;
К - коэффициент, характеризующий структуру ткани;
Ту ■ ПУ
я • я то • п„
x • X
к = - о у
(2)
где То, Ту - линейная плотность нити основы и утка, текс;
По, Пу-плотность ткани по основе и утку, число нитей / 10 см,
Хо - число основных перекрытий в раппорте по основе;
Ху -число уточных перекрытий в раппорте по утку;
Яо - раппорт переплетения по основе ткани; Яу - раппорт переплетения по утку ткани. Применяя методы анализа размерностей, функциональное соотношение (1) можно выразить через безразмерные комплексы. Тогда соотношение примет вид:
е„ „ ,, (3)
Оуг
где ц1 - безразмерный показатель, характеризующий влияние влажности ткани и скорости движения индентора на усилие прокола; щ2 - безразмерный показатель, характеризующий структурные характеристики тканей и количество слоев.
Для установления степени влияния каждого из указанных параметров находим зависимости
Л = Л Л 2 , (4)
Л, = I
Щ vX тк 11,670 Щ vX тк
[ Щтк65а ) [ Щтк65а )
- 0,012
(5)
где л 1 - безразмерный показатель, характеризующий влияние влажности ткани и скорости движения индентора на усилие прокола ткани (рис. 1).
Рис. 1 - Безразмерный показатель, характеризующий влияние влажности ткани и скорости движения индентора на усилие прокола ткани
Л = I (п • К ) =
(п • К)
(6)
0,183 •( п • К) +0,002 где Л 2 - безразмерный показатель, характеризующий структуру ткани (рис. 2).
Рис. 2 - Безразмерный показатель, характеризующий структуру ткани
Таким образом, окончательная формула для расчета усилия прокола примет вид:
=а182-вУп-^^{1167^Щ5]-0,012)-(0,183^+0,002)' ^ Формула справедлива при 40 <W<90, 100 ^<500, 1 <п<8, 0,89 < п. к < 34,73; 7,60 <О <8,40. Отклонение расчетных значений от
х^уп исх
экспериментальных не превышает 5,76%.
Выводы
Получена математическая модель, позволяющая с высокой степенью точности прогнозировать усилие прокола в зависимости от влажности параара-мидных тканей, скорости движения индентора, количества слоев и параметров строения образцов.
Литература
1. Буланов Я.И. Разработка методов оценки и прогнозирования физико-механических свойств тканей баллистического назначения : диссертация ... кандидата технических наук : 05.19.01 / Буланов Ярослав Игоревич;
[Место защиты: Рос.гос. ун-т им. А.Н. Косыгина]. -Москва, 2017. - 169 с.
2. Курденкова А.В. Буланов Я.И., Шустов Ю.С. Прогнозирование прочности тканей баллистического назначения при воздействии различных внешних факторов // Вестник технологического университета. 2015. Т.18. №6. С.147-150.
3. Буланов Я.И., Шустов Ю.С., Курденкова А.В. Исследование механических свойств баллистических тканей с учетом количества слоев. Ж. Химические волокна. №5. 2014. С.41-43
4. Bulanov Y.I., Shustov Y.S., Kurdenkova A.V. Study of the mechanical properties of ballistic fabrics taking into account the number of layers // Fibre Chemistry. 2015. - p.
5. Буланов Я.И., Курденкова А.В., Шустов Ю.С., Гембач В.В. Исследование влияния обработки баллистических тканей спиртовым раствором канифоли на усилие прокола // Химические волокна. - 2017. - №1.
6. Курденкова А.В., Буланов Я.И., Шустов Ю.С.Прогнозирование нагрузки при прорезании тканей, применяемых для изготовления бронежилетов с учетом влажности и количества слоев // Дизайн и технологии. №45 (87). С. 62-67.
7. Шустов Ю.С., Курденкова А.В., Буланов Я.И. Исследование прочности тканей специального назначения при воздействии острых предметов // Инновационные технологии в текстильной и легкой промышленности : Материалы докладов международной научно-технической конференции, 26-27ноября 2014 г. / УО «ВГТУ». - Витебск, 2014, С. 466-468.
8. Шустов Ю.С., Буланов Я.И.Исследование механических свойств баллистических тканей в сухом и мокром состоянии // Материалы международной научной конференции «Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности», Витебск, 2013, С. 141-143.
© Я. И. Буланов - к.т.н., преподаватель кафедры Материаловедения и товарной экспертизы ФГБОУ Во «РГУ им. А.Н. Косыгина», yar-bul@yandex.ru; А. В. Курденкова - к.т.н., доцент кафедры Материаловедения и товарной экспертизы ФГБОУ Во «РГУ им. А.Н. Косыгина», akurdenkova@yandex.ru; Ю. С. Шустов - д.т.н., профессор, заведующий кафедрой Материаловедения и товарной экспертизы ФГБОУ Во «РГУ им. А.Н. Косыгина», 6145263@mail.ru; Н. Г. Мошкало - аспирант кафедры Материаловедения и товарной экспертизы ФГБОУ Во «РГУ им. А.Н. Косыгина», vankypir@rambler.ru.
© Ya. I Bulanov - Candidate of Technical Sciences, lecturer of the Department of Materials Science and Commodity Examination FGBOU V "RSU named after A.N. Kosygin», yar-bul@yandex.ru; A. V. Kurdenkova - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Materials Science and Commodity Examination of the FGBOU V "RSU named after A.N. Kosygin», akurdenkova@yandex.ru; Yu. S. Shustov - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Materials Science and Commodity Examination FGBOU V "RSU named after A.N. Kosygin", 6145263@mail.ru; N. G. Moshkalo - graduate student of the Department of Materials Science and Commodity Examination FGBOU V "RSU named after A.N. Kosygin", vankypir@rambler.ru.
