Seuraavan sukupolven Ballistiset Keraamit (BalKer)

Samankaltaiset tiedostot
Seuraavan sukupolven Ballistiset Keraamit BalKer

Ballististen Materiaalien mallinnusavusteinen kehittäminen - BalMa

Ballististen Materiaalien mallinnusavusteinen kehittäminen - BalMa

Seuraavan sukupolven Ballistiset Keraamit

TIIVISTELMÄRAPORTTI. Seuraavan sukupolven Ballistiset Keraamit

Ympäristöjalanjäljet - miten niitä lasketaan ja mihin niitä käytetään? Hiilijalanjälki

Reliable sensors for industrial internet

TEOBAL Teollisuuden sivutuotteiden hyödyntäminen ballistisissa suojamateriaaleissa

Enterprise Architecture TJTSE Yrityksen kokonaisarkkitehtuuri

Rakennustuotteiden paloluokitus luokitellun tuotteen käyttö

Käyttäjäkokeiluista liiketoimintaa. TransSmart seminaari Karri Rantasila, Asiakaspäällikkö VTT

Teollinen Internet & Digitalisaatio 2015

ELEMET- MOCASTRO. Effect of grain size on A 3 temperatures in C-Mn and low alloyed steels - Gleeble tests and predictions. Period

Capacity Utilization

7.4 Variability management

Älykkyyttä, mutta millä hinnalla. Logistics 14 -tapahtuma Dr. Karri Rantasila, Asiakaspäällikkö Liikenne ja logistiikka VTT

Capacity utilization

Characterization of clay using x-ray and neutron scattering at the University of Helsinki and ILL

Monitorointipohjainen toimivuuden varmistus (MBCx) ja sisäolosuhteiden hallinta

Master s Programme in Building Technology Rakennustekniikka Byggteknik

Sähköllä ja biopolttoaineilla uusiutuvaa energiaa liikenteeseen

Median ympäristövaikutukset ja viestintä television näkökulmasta

Land-Use Model for the Helsinki Metropolitan Area

SISÄILMAEMISSIOT OSANA RAKENNUSTUOTTEIDEN VAARALLISTEN AINEIDEN PÄÄSTÖARVIOINNIN EUROOPPALAISTA HARMONISOINTIA

Space for work, meetings and events. Expert Services for knowledge intensive and growth oriented SME s

BRUTTO PINTA- ALA (M 2 ) KEHYKSEN MATERIAAL I. EA-HP-1500/47-18 Super heat ALUMIINI 1, , *1680*110 59

TIEKE Verkottaja Service Tools for electronic data interchange utilizers. Heikki Laaksamo

Making use of BIM in energy management

Tulevaisuuden toiminnallisten materiaalien hyödyntäminen käyttäjäystävällisessä älyrakennuksessa

SULFIDIEN AIHEUTTAMA KUPARIN JÄNNITYSKORROOSIO

Indoor Environment

Innovaatiomaisemia VTT:n Tietoratkaisuista Click to edit Master title style

TIIVISTELMÄRAPORTTI. Ballististen Materiaalien mallinnusavusteinen kehittäminen - BalMa

Turvallisuuden ja toimintavarmuuden hallinta tieliikenteen kuljetusyrityksissä. Anne Silla ja Juha Luoma VTT

WP3 Decision Support Technologies

Rakennusmateriaalien emissiot sisäilmaan Suomalainen M1-luokitus ja tulevat vaatimukset CE- merkinnässä

Lähes nollaenergiarakentamiseen sopivat LVI -laitteet ja -järjestelmät. Miimu Airaksinen ja Pekka Tuomaala VTT Technical Research Centre of Finland

7. Product-line architectures

TESTAA tutkimusinfrastruktuurista hyötyä pk-sektorille

Onko tuotteesi uusien ekosuunnittelu- ja energiamerkintäasetusten mukainen? Mikko Nyman VTT Expert Services Oy

Smart City -ratkaisut

1. SIT. The handler and dog stop with the dog sitting at heel. When the dog is sitting, the handler cues the dog to heel forward.

Exercise 1. (session: )

Kansainvälisiä tutkimus- ja kehitysprojekteja ekotehokkaan rakennetun ympäristön tuottamiseen, käyttöön ja ylläpitoon

Miten ymmärtää puubiomassan kaasutusta paremmin? - Hiilen kaasutusmallin kehittäminen

1. Horizon Click to edit Master Horizon title style Click to edit Master title style. Click to edit Master text styles

Expression of interest

Työelämän murros - Millaisesta työstä eläke karttuu tulevaisuudessa? Työeläkekoulu

Short run, long run and the

Katoava elektroniikka Suomen kadonneen innovatiivisuuden ja kilpailukyvyn pelastus!

Millainen on viihtyisä kaupunki ja miten sitä mitataan?

Sähköjärjestelmän käyttövarmuus & teknologia Käyttövarmuuspäivä

Copernicus, Sentinels, Finland. Erja Ämmälahti Tekes,

BDD (behavior-driven development) suunnittelumenetelmän käyttö open source projektissa, case: SpecFlow/.NET.

CASE POSTI: KEHITYKSEN KÄRJESSÄ TALOUDEN SUUNNITTELUSSA KETTERÄSTI PALA KERRALLAAN

Laser additive manufacturing (aka 3D printing) of metallic materials

Increase of opioid use in Finland when is there enough key indicator data to state a trend?

Älykäs erikoistuminen. Kristiina Heiniemi-Pulkkinen

FROM VISION TO CRITERIA: PLANNING SUSTAINABLE TOURISM DESTINATIONS Case Ylläs Lapland

Stormwater filtration unit

WAMS 2010,Ylivieska Monitoring service of energy efficiency in housing Jan Nyman,

Lapuan myöntämä EU tuki SOLUTION asuinalueille omakoti- tai rivitaloa rakentaville

Rakennustuotteiden luokitus EN ja EN miten edetään testattaessa uusi tuote luokitusta varten

Efficiency change over time

Työmaadoitusvälineet suurjännitteelle

VTT Expert Services Oy. Liikevaihto 22 MEUR Henkilöstö 160 Asiakkaita 2500 Osa VTT Groupia. Click to edit Master title style

Eurokoodi 2016 seminaari

Yrityksen informaatio- ja toimintoprosessien optimointi

Tarua vai totta: sähkön vähittäismarkkina ei toimi? Satu Viljainen Professori, sähkömarkkinat

PrinLab. Antti Berg Oulun seudun ammattikorkeakoulu, Tekniikan yksikkö

Kansainvälistyvä Keski-Suomi

Metsäenergian käytön markkinamuutokset 2030 ja niihin tähtäävät teknologiakehitykset

LUONNONVALON JOHTAMINEN SISÄTILOIHIN ALUMIINISILLA HEIJASTINPINNOILLA

The CCR Model and Production Correspondence

16. Allocation Models

Milloin. kannattaa paaluttaa? Väitöstutkimus. Turun perustustenvahvistuksesta

BENTO -ohjelma. KYT seminaari,

Kon Luento 12 -Säteilyhaurastuminen -Mikrorakenteen vaikutus murtumiseen -Yhteenveto -CASE: Murtumismekanismien yhteisvaikutukset

Returns to Scale II. S ysteemianalyysin. Laboratorio. Esitelmä 8 Timo Salminen. Teknillinen korkeakoulu

käytännön toimenpiteet energiatehokkuuden parantamiseksi

Rakennustuotteiden paloluokitus EN ja EN mitä huomioitava kokeissa

CFD Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa. Jouni Ritvanen.

Onko tuotteesi uusien ekosuunnittelu- ja energiamerkintäasetusten mukainen? Mikko Nyman VTT Expert Services Oy

Case Otaniemi. Eetu Ristaniemi

NR-rakenteiden suunnitteluohjeiden status CE-merkityissä tuotteissa

Fimecc Tutkimusta yritysten lähtökohdista Miten mukaan? Fimecc, CTO Seppo Tikkanen

EU:n tuulivoimateknologiaplatformin TPWIND:in aktiviteetit. TEKES tuulivoiman workshop Hannele Holttinen, VTT

FPGA-piirien käyttökohteet nyt ja tulevaisuudessa Tomi Norolampi

Kaivostoiminnan eri vaiheiden kumulatiivisten vaikutusten huomioimisen kehittäminen suomalaisessa luonnonsuojelulainsäädännössä

Thin Films Technology. Lecture 3: Physical Vapor Deposition PVD. Jari Koskinen. Aalto University. Page 1


Results on the new polydrug use questions in the Finnish TDI data

Collaborative & Co-Creative Design in the Semogen -projects

Alternative DEA Models

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY VERKOTAN OY VERKOTAN LTD.

Rakennusten toimivuuden varmistus rakennusautomaation ja mittausten hyödyntäminen

HITSAUKSEN TUOTTAVUUSRATKAISUT

Atostek. KanTa-konseptin tuotteistaminen ja vienti ulkomaille

Särmäystyökalut kuvasto Press brake tools catalogue

Building Information Model (BIM) promoting safety in the construction site process. SafetyBIM research project 10/2007 2/2009. (TurvaBIM in Finnish)

Transkriptio:

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND LTD Seuraavan sukupolven Ballistiset Keraamit (BalKer) 16.11.2017 MATINE tutkimusseminaari Tomi Lindroos, Matti Lindroos

Sisältö 1. Projektin perustiedot 2. Tavoitteet 3. Tausta 4. Tutkimusta ohjaavat kysymykset 5. Tehtävät 13/11/2017 2

Projektin perustiedot Seuraavan sukupolven Ballistiset Keraamit BalKer, projektikoodi 2500M-0075 Projekti on suunniteltu kaksivuotiseksi alkaen 1.1.2017 ja päättyen 31.11.2018. Rahoitus 2017: MATINE 58 700, VTT 17732, 76432 Ohjausryhmä: Tomi Lindroos, VTT Ilkka Laine, (Paavo Raerinne), PVTUTKL Jukka Kemppainen, Exote Oy Pekka Lintula, Nammo Lapua Oy 13/11/2017 3

TAVOITTEET Projektin kokonaistavoitteena on kehittää työkaluja ja menetelmiä seuraavan sukupolven ballistisen keraamin kehittämiseksi mahdollistaen suorituskyvyn (suojaustaso / neliöpaino) kasvattamisen. Tutkimusta ohjaa hypoteesi: Kaksifaasinen lamellaarin keraamirakenne jakaa ballistisen iskun energiaa tehokkaammin ja kasvattaa näin ballistista suorituskykyä Kokonaistavoite koostuu seuraavista osatavoitteista Mallinnusavusteisen materiaalisuunnittelun hyödyntäminen luontoa jäljittelevän rakenteen valmistuksessa. Mallinnuksen avulla määrittää suuntaviivat kokeelliselle tutkimukselle ja näin nopeutta kehitystä. Valmistaa hienojakoisen lamellaarisen mikrorakenteen omaavaa kaksifaasikeraamia reaktiivista kuumapuristusta hyödyntäen Todentaa lamellaarisella rakenteella saavutettava suorituskyvyn kasvu sekä simuloimalla että käytännön ammuntakokein Tavoiteltava neliöpaino keraamille < 40 kg/m 2, suojaustasolle NIJ STD 0101.06 taso IV. Tämä mahdollistaisi taktisten suojaliivien lisälevyn (ESAPI-levy, L-koko) kohdalla noin 20% keventämisen verrattuna kaupalliseen BAE Systemsin vastaavaan 2,9 kg painoiseen levyyn [1]. 1 Hard Body Armor Insert Plates BAE Systems (2008) 13/11/2017 4

TAUSTA 2015-2016 MATINE Balma projektin tulosten hyödyntäminen Mallinnusavusteinen materiaalisuunnittelu Synteettiset mikrorakennemallit Makrotason käyttäytyminen Multiple tests has shown that critical thickness is ~7 mm when packing is correct simulations have good correlation! 13/11/2017 5

High Speed Camera tests Verification data for models P80 Exote 7mm Polycarbonate backing 200 000 fps 13/11/2017 6

7 mm Exote + PC tausta, P-80 7

13/11/2017 8

Biomimetic composites A novel biomimetic approach to the design of high-performance ceramic metal composites Maximilien E. Launey, Published 14 October 2009. DOI: 10.1098/rsif.2009.0331 9

Biomimetic composites learning from nature [1] Biologically inspired crack delocalization in a high strain-rate environment C. Knipprath et.al., J. R. Soc. Interface (2012) 13/11/2017 10

Biomimetic composites 13/11/2017 11

Tehtävät 2017 Synteettiset mikrorakennemallit Luodaan synteettisiä B 4 C-Al 2 O 3 mikrorakennemalleja joiden avulla tutkitaan faasiosuuksien, kokojakauman ja muodon vaikutusta materiaalin käyttäytymiseen ballistisessa iskussa Kaksifaasikeraamit ja reaktiivinen kuumapuristus Ensisijainen koostumus B 2 O 3 + SiO 2 + Al + C => (B, Si) 4 C + Al 2 O 3 Materiaalikoostumuksen ja reaktiokinetiikan säätö, peruslähtöaineiden (B 2 O 3, Al, C) suhteiden säätö, sekä mahdolliset lisäaineen (SiO 2, Mg, B) 13/11/2017 12

Synteettiset mikrorakennemallit

Model description 3 stage modeling concept Macroscopic model White = Al2O3 Red = B4C Blue = Steel Click to edit Master title style PERFORMANCE Click to edit Master text styles 58 mm Second level Third level Fourth level Fifth level Length/time scale Microstructure model (Exote) E.g., 100-1000 um (for current material) Matrix aluminium oxide 300/100 um 4.5 mm B4C Mesoscale model 14

Macroscopic modeling Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Possibilities Second level Third level Fourth level Fifth level Material solution performance in large scale Case-studies, e.g., Impact angle Impact velocity Projectile material Lightweight vs. ballistic resistance 15

Macroscale model Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 16

0.5 mm layer thickness Halted (dashed lines) Click to edit Master title style Penetrated t25-1mm Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 1 mm layer thickness Penetrated Penetrated (1 mm layer thickness) (0.5 mm layer thickness) t25-0.5mm Halted Penetrated Penetrated Penetrated Halted t20-0.5mm t20-1mm t22.5-1mm t22.5-0.5mm 17

Click to edit Master title style Meso-scale modeling Click to edit Master text styles Possibilities Second level Third level Fourth level Fifth level Optimization of the general structure Meso-scale Microstructure Ballistic resistance Energy absorbing structure Lightweight Cost efficiency 18

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 19

Understanding effect of microstructure -- Idealized microstructures Click to edit Master title style Angularly oriented carbides distribute loading differently Click to edit Master text styles Aluminium oxide (matrix) + Boron carbides -- Idealized Second level Third level Fourth level Fifth level Carbide aspect ratio and shape factor? Tilted carbide structure Short carbide structure Long carbide structure 20

Aluminium oxide (matrix) + Boron carbides -- Idealized Tilted carbides Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level Short carbides Damage spreads around the matrix driven by carbide network The desired perpendicular crakcing in respect to impact direction (horizontal) increases ballistic resistance of the material as the energy is consumed in in the fracture process Tilted carbide structure projects fracture to alternative crack paths, increasing cracking but also consuming more energy; Optimization requires more studies Short carbides increases the volume fraction of matrix cracking increases, but carbides provide supporting effect 21

Damage & Fracture mechanisms Meso-scale Click to edit Master title style Crack propagation temporarily immobilized by carbides Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level Energy consumed to various fracture processes Crushing front (consumed energy) Laterally consumed energy Macro-scale Shock front effect (spalling) 22

Kaksifaasikeraamit ja reaktiivinen kuumapuristus Click to edit Master title style B 2 O 3 + Al + C => B 4 C + Al 2 O 3 Click Dual to phase edit structure Master text simultaneous styles high hardness Second and level fracture toughens Composite Third structure level hinders stress localization in B4C phase Fourth level Cost efficient processing Fifth level with reactive hot pressing (high temperatures needed in conventional sintering) B4C Density = 2.52 g/cm 3 Melting = 2763 C Hardness =3050 HV Al2O3 Density = 3.987g/cm 3 Melting = 2072 C Hardness =1730HV Narrow processing window due to high melting points cracking & porosity Lamellar structure perpendicular pressing direction observed in the first experiments Decrease of porosity lead diminishing lamellar phase structure High hardness 2000-2500HV1 23

Kaksifaasikeraamit ja reaktiivinen kuumapuristus Click to edit Master title style B 2 O 3 + Al + C => B 4 C + Al 2 O 3 Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 24

Yhteenveto Click to edit Master title style Idea kaksifaasikeraamin toiminnasta osoitettu mallinuksella toimivaksi Kehitetty mallinnustyökaluja faasi suhteiden sekä dimensioiden vaikutusten analysoimiseksi Click to edit Master text styles Valmiudet oikean kaksifaasisen keraamin mallintamiseen Second level Valmistettu reaktiivisella kuumapuristuksella kaksifaasista B4C-Al2O3 keraamia Third level Lamellaarinen rakenne menetetään kun huokoisuus vähenee Fourth level Fifth level Lamellaarisuus tuotettava valmistusmenetelmän kautta 2018 siirrytään kerrostettuihin rakenteisiin 25

TECHNOLOGY FOR BUSINESS