RT Dissertation/Thesis
T1 Análisis experimental y numérico del comportamiento mecánico del  material compuesto base aramida empleado en protecciones personales
A1 Rubio Díaz, Ignacio
AB Los esfuerzos por mejorar las protecciones personales se han incrementado enlos últimos años debido al reciente aumento reciente aumento del terrorismo civily conflictos internacionales, permitiendo minimizar la morbilidad y mortalidadresultante de traumatismos cráneo-encefálicos por amenaza balística. En la actualidadse destinan continuos esfuerzos para reducir aún más el peso del cascosin disminución de la resistencia balística, la cual está regulada por estrictas normativas.Esta es actualmente una de las principales preocupaciones de las fuerzasarmadas y de industria de seguridad. El uso de materiales compuestos, concretamenteel material compuesto base aramida, ha cobrado mayor relevancia en losúltimos años en el sector de la defensa y la industria de la seguridad, debido a sualta resistencia al impacto y notable capacidad de absorción de energía combinadocon un bajo peso.Alineado con lo mencionado anteriormente, el objetivo de esta tesis doctorales el desarrollo de una herramienta numérica predictiva, capaz de reproducir elcomportamiento frente a impacto balístico del material compuesto de fibra dearamida, empleado en el desarrollo y fabricación de protecciones personales. Elinterés de los fabricantes de disminuir el coste de desarrollo de una protecciónpersonal justifica el objetivo planteado. Para la consecución de dicho objetivo seha desarrollado una metodología combinada experimental y numérica que permitecalibrar los modelos de elementos _nitos de simulación en placa plana y sucorrespondiente validación en modelos numéricos impacto en casco de combate, através de ensayos experimentales sobre protecciones reales. Una de las principalescaracterísticas del modelo numérico desarrollado, es la modelización multicapadel material compuesto que permite discretizar el laminado en sub-laminas independientes,permitiendo de este modo, escoger el número de capas necesario paraalcanzar un nivel de protección determinado y otorgando al modelo un nivel alto de realismo y precisión.De manera complementaria, se ha llevado a cabo una campaña completa deensayos experimentales sobre placa plana sometida a impacto de baja velocidadcon el _n de analizar el comportamiento del material ante este tipo de cargasdinámicas. Los resultados obtenidos han proporcionado parámetros relevantespara el desarrollo de los modelos numéricos de impacto balístico.La calibración y validación se ha realizado a través de diferentes análisis empleandoproyectiles de diferentes geometrías, masas y velocidades de impacto.En primer lugar, se analizan diferentes parámetros como el límite balístico y lascurvas balísticas, así como la influencia de la densidad areal de la protección.Seguidamente, se ha llevado a cabo un análisis cualitativo y cuantitativo de deldaño inducido a consecuencia del impacto y la relación de este con la absorciónde energía. Una buena correlación entre los resultados experimentales y los proporcionadospor el modelo numérico valida el modelo numérico propuesto.El modelo presentado resulta una herramienta de gran potencial para el diseñoy fabricación de cascos de combate debido a la versatilidad de aplicación queposee, permitiendo ajustar el número de capas exacto atendiendo al nivel deprotección a alcanzar.
AB Efforts to improve personal protection have increased in recent years due tothe recent increase in civilian terrorism and international conicts, making it possibleto minimize morbidity and mortality resulting from head and brain traumadue to ballistic threat. Continuous efforts are now being made to further reducehelmet weight without reducing ballistic resistance, which is regulated by strictstandards. Currently, this is one of the main concerns of the armed forces andthe security industry. The use of composite materials, specifically aramid-basedcomposite material, has gained more prominence in recent years in the defenseand security industry, due to its high impact resistance and remarkable energyabsorption capacity combined with low weight.Aligned with the aforementioned, the main goal of this thesis is the developmentof a predictive numerical tool, capable of reproducing the behavior againstballistic impact of the aramid fiber composite material, used in the developmentand manufacture of personal protection. The interest of manufacturers in reducingthe cost of developing personal protection justifies the stated objective. Toachieve this objective, a combined experimental and numerical methodology hasbeen developed that allows calibrating the at plate simulation finite element modelsand their corresponding validation in numerical models of impact in combathelmet, through experimental tests on real protections. One of the main characteristicsof the numerical model developed is the multilayer modeling of thecomposite material that allows the laminate to be discretized into independentsub-layers, thus allowing the choice of the number of layers necessary to achievea certain level of protection and giving the model a high level of realism andprecision.Complementary to this, a complete experimental series tests on a at plate subjected to low-velocity impact has been carried out in order to analyze thebehavior of the material under this type of dynamic loads. The results obtainedhave provided relevant parameters for the development of numerical models ofballistic impact.The calibration and validation has been carried out through different analyzesusing projectiles of different geometries, masses and impact velocities. First,different parameters such as the ballistic limit and ballistic curves are analyzed,as well as the inuence of the areal density of the protection. Subsequently, aqualitative and quantitative analysis of the damage induced as a result of theimpact and its relationship with energy absorption was carried out. A good correlationbetween the experimental results and those provided by the numericalmodel validates the proposed numerical model.The model presented is a high potential tool for combat helmet design andmanufacturing due to the versatility of its application, allowing the exact numberof layers to be adjusted according to the level of protection to be achieved.
YR 2021
FD 2021-06
LK https://hdl.handle.net/10016/33280
UL https://hdl.handle.net/10016/33280
LA spa
DS e-Archivo
RD 30 jun. 2024