ΒΑΛΛΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΡΑΝΟΥΣ ΑΜΥΝΤΙΚΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΤΩΝ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Abstract

Η παρούσα Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη της μηχανικής και βαλλιστικής συμπεριφοράς στρατιωτικού κράνους υπό συνθήκες στατικής και δυναμικής καταπόνησης, με τη χρήση της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων (Finite Element Method – FEM). Η έρευνα εντάσσεται στο ευρύτερο πλαίσιο της ατομικής προστασίας προσωπικού σε στρατιωτικά και αμυντικά περιβάλλοντα, όπου η αποτελεσματική απορρόφηση ενέργειας και η ελαχιστοποίηση της μεταδιδόμενης φόρτισης στον χρήστη αποτελούν κρίσιμους παράγοντες σχεδιασμού. Αρχικά παρουσιάζεται η σημασία του αντικειμένου, καθώς και μια σύντομη ιστορική αναδρομή στην εξέλιξη των στρατιωτικών κρανών και των υλικών κατασκευής τους. Στη συνέχεια αναλύονται οι μηχανικές ιδιότητες μεταλλικών και σύνθετων υλικών που χρησιμοποιούνται σε σύγχρονα προστατευτικά κράνη, με ιδιαίτερη έμφαση στη συμπεριφορά τους υπό βαλλιστική πρόσκρουση. Παρουσιάζονται επίσης βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη βαλλιστική απόδοση, καθώς και διεθνή πρότυπα δοκιμών και πιστοποίησης, όπως τα NIJ 0106.01 και MIL-H-44099A. Ακολουθεί εκτενής παρουσίαση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων, των βασικών αρχών της και της εφαρμογής της σε προβλήματα μηχανικής και κρούσης υψηλής ταχύτητας. Στο κύριο μέρος της εργασίας αναπτύσσεται τρισδιάστατο γεωμετρικό μοντέλο κράνους και πραγματοποιούνται στατικές και βαλλιστικές προσομοιώσεις με χρήση των υπολογιστικών εργαλείων ANSYS Static Structural και ANSYS Explicit Dynamics. Εξετάζονται διαφορετικές υλικές επιλογές για το κέλυφος του κράνους και αξιολογείται η απόκρισή τους ως προς τις μετατοπίσεις, τις αναπτυσσόμενες τάσεις, την πλαστική παραμόρφωση και την ικανότητα ανάσχεσης του βλήματος. Τέλος, εξάγονται συγκριτικά συμπεράσματα σχετικά με την αποτελεσματικότητα των εξεταζόμενων υλικών, αναδεικνύοντας τα πλεονεκτήματα και τους περιορισμούς κάθε λύσης. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης παρέχουν χρήσιμα δεδομένα για τον βελτιστοποιημένο σχεδιασμό μελλοντικών μέσων ατομικής προστασίας και μπορούν να αποτελέσουν βάση για περαιτέρω αριθμητική ή πειραματική έρευνα. Θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες στον Γεώργιο Ι. Γιαννόπουλο, Αναπληρωτή Καθηγητή του Πολυτεχνικού Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πελοποννήσου, για την πολύτιμη καθοδήγηση, την επιστημονική υποστήριξη και τις ουσιαστικές παρατηρήσεις του καθ’ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας Μεταπτυχιακής Διπλωματικής Εργασίας. Η εμπειρία, η διαθεσιμότητα και η συμβολή του υπήρξαν καθοριστικές για την επιτυχή ολοκλήρωση της μελέτης και την εμβάθυνση στο αντικείμενο της μηχανικής ανάλυσης και των βαλλιστικών προσομοιώσεων. Επιπλέον, θα ήθελα να ευχαριστήσω το προσωπικό του Πολυτεχνικού Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πελοποννήσου για τις γνώσεις και τα εφόδια που μου παρείχαν κατά τη διάρκεια των μεταπτυχιακών σπουδών μου, καθώς και την οικογένεια και τους φίλους μου για τη διαρκή υποστήριξη και ενθάρρυνσή τους.