PO NIEPENETRUJĄCYM UDERZENIU POCISKU W CIAŁO CZŁOWIEKA
6. Eksperymentalna i numeryczna analiza uderzenia pocisku w model ciała
człowieka wykazała, że ciśnienia wywierane na określone organy są zawsze mniejsze w przypadku ochrony ciała pakietem balistycznym złożonym z tkanin trójosiowych. W badaniach numerycznych podczas uderzenia
ciała człowieka pakietem z tkanin trójosiowych wynosiła ok. 5,0 MPa, a w badaniach eksperymentalnych ok. 2,0 MPa. Natomiast podczas ochrony modelu ciała człowieka pakietem z tkaniny dwuosiowej w obliczeniach nu-merycznych ciśnienie wynosiło ok. 7,0 MPa, a w analizach eksperymental-nych ok. 4,0 MPa. Podczas uderzenia pocisku w międzyżebrze na linii poło-żenia płuc wartość ciśnienia przy ochronie modelu ciała człowieka pakietem z tkanin trójosiowych w badaniach numerycznych wynosiła ok. 1,5 MPa, a w badaniach eksperymentalnych ok. 1,0 MPa. Przy zastosowaniu pakietu balistycznego z tkanin dwuosiowych wartości ciśnień wynosiły odpowiednio ok. 2,5 MPa i ok. 1,5 MPa. Również podczas uderzenia pocisku w jamę brzuszną na linii położenia wątroby wartości ciśnienia były mniejsze przy zastosowaniu pakietu balistycznego z tkanin trójosiowych. W badaniach nu-merycznych wartość ciśnienia na powierzchni wątroby wynosiła ok. 0,4 MPa, a w eksperymentalnych analizach ok. 0,38 MPa przy zastosowaniu na osłonę pakietu balistycznego z tkanin trójosiowych. Z kolei podczas ochrony ciała człowieka pakietem z tkanin dwuosiowych w badaniach numerycznych ciśnienie na powierzchni wątroby wynosiło ok. 0,8 MPa, a w badaniach eks-perymentalnych ok. 0,5 MPa.
7. Eksperymentalna analiza fizjologicznych skutków udaru balistycznego pod-czas uderzenia pocisku w mostek na linii położenia serca wykazała pęknięcia
mostka przy zastosowaniu zarówno pakietu z tkanin dwuosiowych, jak i trójosiowych. Liczba pęknięć oraz obszar objęty uszkodzeniem mostka był
jednak mniejszy przy zastosowaniu pakietu balistycznego z tkanin trójosio-wych. Na podstawie wyników badań eksperymentalnych podczas uderzenia
pocisku w żebro II przy ochronie modelu fizycznego ciała człowieka pakie-tem balistycznym z tkanin dwuosiowych stwierdzono pęknięcie żebra. Tego
typu obrażenia nie stwierdzono przy oględzinach modelu fizycznego ciała człowieka chronionego pakietem z tkanin trójosiowych.
8. Numeryczna analiza deformacji ciała człowieka podczas niepenetrującego ostrzału wykazała, że maksymalna głębokość deformacji ciała jest zawsze mniejsza podczas osłony pakietem balistycznym z tkanin trójosiowych. Przykładowo podczas ostrzału prowadzonego na linii serca dla pakietu
balistycznego z tkanin trójosiowych wynosiła ok. 0,68 cm, a dla pakietu balistycznego składającego się z tkanin dwuosiowej ok. 1,0 cm. Z kolei podczas ostrzału prowadzonego na linii położenia wątroby dla pakietu stycznego z tkanin trójosiowych wynosiła ok. 2,25 cm, a dla pakietu bali-stycznego składającego się z tkanin dwuosiowych ok. 2,65 cm. Te badania
również pokazują, że potencjalne obrażenia w ciele człowieka mogą być mniejsze przy zastosowaniu pakietu balistycznego z tkanin trójosiowych.
Literatura
[1] Barauskas R., Abraitiene A., Vilkauskas A.: 2005, Simulation of a Ballistic Impact of a Deformable Bullet Upon a Multilayer Fabric Package, WIT Transac-tions on Modelling and Simulation, Vol. 40, ISSN 1743-355X.
[2] Carroll A.W., Maj M.C., Soderstrom C.A.: 1978, A New Non-penetrating Ballis-tic Injury, Annals of Surgery, Vol. 188(6), pp. 735-757.
[3] Ching T.W., Tan V.B.C.: 2006, Modelling Ballistic Impact on Woven Fabric with LS-Dyna, Computational Methods, Springer, Printed in the Netherlands, pp. 1879-1884.
[4] Chu Ch.K., Chen Y.L.: 2010, Ballistic-proof Effects of Various Woven Construc-tions, FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe, Vol. 18, No. 6 (83), pp. 63-67. [5] Coupland R.M.: 1999, Clinical and Legal Significance of Fragmentation of Bullets
in Relation to Size of Wounds: Retrospective Analysis, British Medical Journal, Vol. 319, pp. 403-406.
[6] Datoc D.: 2010, Finite Element Analysis and Modeling of a .38 Lead Round Nose Ballistic Gelatin Test, California Polytechnic State University, San Luis Obispo, DOI: https://doi.org/10.15368/theses.2010.44.
[7] Dembek Z.F. i 24 redaktorów pomocniczych: 2011, Medical Magement of Bio-logical Causalties Handbook, US Army Medical Research Institute of Infectious Diseases, ISBN 978-0-16-090015-0.
[8] DiMaio V.J., DiMaio D.: 2003, Medycyna Sądowa, Wydawnictwo Edra Urban & Partner Wrocław, ISBN 978-83-87944-59-9.
[9] Duan Y., Keefe M., Wetzel E.D., Bogetti T.A., Powers B., Kirkwood J.E.,
Kirkwood K.M.: 2005a, Effects of Friction on the Ballistic Performance of a
High-strength Fabric Structure, WIT Transactions on Engineering Sciences, Vol. 49, ISSN 1743-3533.
[10] Duan Y., Keefe M., Wetzel E.D., Bogetti T.A., Powers B., Kirkwood J.E.,
Kirkwood K.M.: 2005b, Effects of Friction on the Ballistic Performance of
a High-strength Fabric Structure, International Conference on Impact Loading of Lightweight Structures Florianopolis, 8-12 May.
[11] Duan Y., Keefe M., Bogettic T.A., Cheesemanc B.A.: 2005c, Modeling Friction Effects on the Ballistic Impact Behavior of a Single-ply High-strength Fabric, Inter-national Journal of Impact Engineering, Vol. 31, pp. 996-1012.
[12] Duan Y., Keefe M., Bogettic T.A., Powers B.: 2006, Finite Element Modeling of Transverse Impact on a Ballistic Fabric, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 48, pp. 33-43.
[13] Dzieman A.J.: 1960, A Provisional Casualty Criteria for Fragments and Projec-tiles, CWLR 239i, U.S. Army Chemical Warfare Laboratory.
[14] Fackler M.L., Bellamy R.F., Malinowski J.A.: 1986, Wound Mechanisms of Projectiles Striking at More than 1.5 km/s, Journal of Trauma-Injury Infection & Critical Care, 26:250-4.
[15] Gomuc R.: 2004, Explicit Finite Element Modeling of Multilayer Composite Fabric for Gas Turbine Engine Containment System, PART 4: Model Simulation for Ballistic Tests, Engine Fan Blade-Out, and Generic Engine, DOT/FAA/AR-04/40,P4, U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration.
[16] Harle J.W.S., Leech C.M., Adeyefa A., Cork C.R.: 1981, Ballistic Impact Resistance of Multi-Layer Textile Fabrics, University of Manchester Institute of Science and Technology, Contract No. DAJA37-79-C-0532.
[17] Koperski W., Szmit Ł., Gawron A.: 2011, Badania Odziaływania Pocisków o Różnej Konstrukcji na Ośrodki o Niskiej Gęstości Osłonięte Osłonami Balistycz-nymi, Problemy Techniki Uzbrojenia, R. 40, z. 117.
[18] Lima M., Fangueiro R., Costa A., Rosiepen Ch., Rocha V.: 2009, Multiweave – A Prototype Weaving Machine for Multiaxial Technical Fabrics, Indian Journal of Fibre & Textile Research, Vol. 34, pp. 59-63.
[19] Lim C.T., Shim V.P.W., Ng Y.H.: 2003, Finite Element Modeling of the Ballistic Impact of Fabric Armor, International Journal of Impact Engineering, Vol. 28, pp. 13-31.
[20] LS-Dyna, KEYWORD USER'S MANUAL VOLUME I, 2007, Version 971, Livermore Software Technology Corporation.
[21] LS-Dyna, KEYWORD USER'S MANUAL VOLUME II, Material Models, 2012, Version 971, Livermore Software Technology Corporation.
[22] Maréchal Ch., Bresson F., Haugou G.: 2011, Development of a Numerical Model of the 9mm Parabellum FMJ Bullet Including Jacket Failure, Engineering Transac-tions, Vol. 59(4), pp. 263-272.
[23] Montanarelli N., Hawkins C., Shubin L.D.: 1976, Lightweight Body Armor for Law Enforcement Officers, National Institute of Law Enforcement and Criminal Justice Law Enforcement Assistance Administration U.S. Department of Justice, NCJ 030462.
[24] Navarro C., Rodriguez J., Cortes R.: 1994, Analytical Modelling of Composite Panels Subjected to Impact Loading, J. Phys. IV France, Vol. 04, pp. 515-520, DOI: 10.1051/jp4:1994880.
[25] NIJ Standard 0101.04, 2001, Ballistic Resistance of Personal Body Armor, U.S. Department of Justice, Office of Justice Programs, National Institute of Justice. [26] NIJ Standard 0101.06, 2008, Ballistic Resistance of Body Armor, U.S. Department
of Justice Office of Justice Programs, National Institute of Justice.
[27] Nilakantan G., Keefe M., Gillespie Jr. J.W.: 2008, Novel Mlti-scale Modeling of Woven Fabric Composites for use in Impact Studies, 10th International LS-DYNA Users Conference, pp. 20-32.
[28] Nilakantan G., Keefe M., Bogetti T.A., Adkinson R., Gillespie Jr. J.W.: 2010a, On the finite element analysis of woven fabric impact using multiscale modeling techniques, International Journal of Solids and Structures, Vol. 47(17), pp. 2300-2315. [29] Nilakantan G., Keefe M., Bogetti T.A., Gillespie Jr. J.W.: 2010b, Multiscale
Modeling of the Impact of Textile Fabrics Based on Hybrid Element Analysis, Inter-national Journal of Solids and Structures, Vol. 37(10), pp. 1056-1071.
[30] Pereira J.M., Revilock D.M.: 2004, Explicit Finite Element Modeling of Multi-layer Composite Fabric for Gas Turbine Engine Containment Systems, Department of Transportation Federal Aviation Administration, PB2005-102471.
[31] Prather R., Swann C., Hawkins C.: 1977, Backface Signatures of Soft Body Armors and the Associated Trauma Effects, ADA049463.
[32] Raftenberg M.N.: 2003, Response of the Wayne State Thorax Model with Fabric Vest to 9mm Bullet, ARL-TR-2897, Army Research Laboratory, ADA409941.
[33] Raftenberg M.N.: 2004, Modeling Thoracic Blunt Trauma: Towards a Finite-Element (FE)-Based Design Methodology for Body Armor, Army Research Labora-tory, ADA433234.
[34] Rajan S.D., Mobasher B., Vaidya A.: 2010, LS-Dyna Implemented Multi-Layer
Fabric Material Model Development for Engine Fragment Mitigation, 11th
Interna-tional LS-Dyna Users Conference, pp. 47-58.
[35] Rao M.P., Duan Y., Keefe M., Powers B.M., Bogetti T.A.: 2009, Modeling the Effects of Yarn Material Properties and Friction on the Ballistic Impact of a Plain Weave Fabric, Composite Structures, Vol. 89(4), pp. 556-566, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2008.11.012.
[36] Roberts J.C., Biermann P.J., O’Connor J.V., Ward E.E., Cain R.P.,
Carkhuff B.G., Merkle A.C.: 2005, Modeling Nonpenetrating Ballistic Impact
on a Human Torso, JOHNS HOPKINS APL TECHNICAL DIGEST, Vol. 26, No. 1. [37] Roberts J.C., Merkle A.C., Biermann P.J., Ward E.E., Carkhuff B.G.,
Cain R.P., O’Connor J.V.: 2007, Computational and Experimental Models of
the Human Torso for Non-penetrating Ballistic Impact, Journal of Biomechanics, Vol. 40, pp. 125-136.
[38] Roylance D.K., Wang S.S.: 1979, Penetration Mechanics of Textile Structures, Technical Report Contract No. Daag 17-76-C-0013, Massachusetts Institute of Technology Cambridge, ADA089445.
[39] Roylance D.K., Wang S.S.: 1980, Stress Wave Propagation in Fibers: Effect of Cross-overs, Fiber Science and Technology, Vol. 13(5), pp. 385-395.
[40] Shen W., Niu Y., Bykanova L., Laurence P., Link N.: 2010, Characterizing the Interaction Among Bullet, Body Armor, and Human and Surrogate Targets, Journal of Biomechanical Engineering, Vol. 132(12), DOI:10.1115/1.4002699.
[41] Simons J.W., Erlich D.C., Shockey D.A.: 2001, Finite Element Design Model for Ballistic Response of Woven Fabrics, Proceedings of the 19th international symposium on ballistics, pp. 1415-22.
[42] Stewart F.H.: 1921, Woven Fabric, United States Patent Office, No. 1368215. [43] Tan V.B.C., Zeng X.S., Shim V.P.W.: 2008, Characterization and Constitutive
Modeling of Aramid Fibers at High Strain Rates, International Journal of Impact Engineering, Vol. 35(11), pp. 1303-1313, https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2007.07.010 [44] Utracki L.A.: 2010, Rigid ballistic composites (Review of literature), NRC
Publica-tions Archive Archives des publicaPublica-tions du CNRC, http://doi.org/10.4224/16885314 [45] Vinson J.R., Zukas J.A.: 1975, On the Ballistic Impact of Textile Body Armor,
Journal of Applied Mechanics, Vol. 42(2), pp. 263-268, DOI:10.1115/1.3423564. [46] Wang K.H-C.: 1995, Development of a Side Impact Finite Element Human Thoracic
Model, Ph.D. Thesis, Wayne State University, Detroit.
[47] Wilde A., Roylance D., Rogers J.: 1973, Photographic Investigation of High-Speed Missile Impact upon Nylon Fabric Part I: Energy Absorption and Cone Radial Velocity in Fabric, Textile Research Journal, Vol. 43(12), pp. 753-761.
[48] Zhu D., Vaidya A., Mobasher B., Rajan S.D.: 2014, Finite Element Modeling of Ballistic Impact on Multi-layer Kevlar 49 Fabrics, Composites Part B: Engineering, Vol. 56, pp. 254-262, https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.08.051.
[49] Zieliński K.W., Brocki M., Janiak M.K., Wiśniewski A.: 2010, Patologia Obrażeń i Schorzeń Wywołanych Współczesną Bronią w Działaniach Wojennych i Terrorystycznych, Ministerstwo Obrony Narodowej, Warszawa, ISBN: 978-83-927103-4-9.