Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회논문집)

Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회)
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Ballistic Analysis and Stacking Sequence of Laminate Plate for Enhancing Bulletproof Performance

방탄 성능 향상을 위한 적층 평판의 피탄 해석 및 적층 배열 연구

  • Ki Hyun Kim (School of Mechanical Engineering, Hanyang University) ;
  • Min Kyu Kim (Analysis & Evaluation Team, Hyundai Rotem) ;
  • Min Je Kim (Department of Mechanical Convergence Engineering, Hanyang University) ;
  • Myung Shin (Department of Mechanical Convergence Engineering, Hanyang University)
  • 김기현 (한양대학교 기계공학부) ;
  • 김민규 (현대로템 분석평가팀) ;
  • 김민제 (한양대학교 융합기계공학과) ;
  • 신명 (한양대학교 융합기계공학과)
  • Received : 2023.07.19
  • Accepted : 2023.08.22
  • Published : 2023.10.31
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Abstract

Modern bulletproof armor must be light and have excellent penetration resistance to ensure the mobility and safety of soldiers and military vehicles. The ballistic performance of heterogeneous structures of laminated flat plates as bulletproof armor depends on the arrangement of constituent materials for the same weight. In this study, we analyze bulletproof performance according to the stacking sequence of laminated bulletproof armor composed of Kevlar, ultra-high molecular weight polyethylene, and ethylene-vinyl-acetate foam. A ballistic analysis was performed by colliding a 7.62 × 51 mm NATO cartridge's M80 bullet at a speed of 856 m/s with six lamination arrangements with constituent materials thicknesses of 5 mm and 6.5 mm. To evaluate the bulletproof performance, the residual speed and residual energy of the projectile that penetrated the heterogeneous laminated flat plates were measured. Simulation results confirmed that the laminated structure with a stacking sequence of Kevlar, ultra-high molecular weight polyethylene, and ethylene-vinyl-acetate foam had the best bulletproof performance for the same weight.

현대의 방탄 장갑은 우수한 관통 저항성을 갖추어야할 뿐만 아니라 군인과 군용차량의 기동성이 확보되어야 하기 때문에 경량화가 중요한 개발 요소가 되었다. 이종 적층 평판 구조의 방탄 장갑의 방탄 성능은 동일 중량 대비 구성 재료의 배열에 따라 달라진다. 본 논문에서는 케블라, 초고분자량 폴리에틸렌 그리고 에바 폼으로 구성된 방탄 장갑의 적층 배열에 따른 방탄 성능을 분석한다. 구성 재료의 두께가 5mm와 6.5mm인 두 가지 경우에서 6가지 적층 배열에 대하여 7.62 × 51mm NATO 탄환의 M80 탄을 856m/s의 속도로 충돌시키는 피탄 해석을 수행하였다. 방탄 성능을 평가하기 위해 이종 적층 평판을 관통한 발사체의 잔류 속도와 잔류 에너지를 측정하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 케블라, 초고분자량 폴리에틸렌, 에바 폼의 배열 순서를 갖는 적층 구조가 동일 중량에 대해 가장 우수한 방탄 성능을 가짐을 확인하였다.

Keywords

Acknowledgement

이 논문은 2021년도 정부(방위사업청)의 재원으로 국방기술진흥연구소의 지원을 받아 수행된 한양대학교 소속 저자들의 독립적인 연구임(No. 20-407-C00-006, 착용로봇일체형 장갑 방호기술 개발). 한양대학교 과제 책임자이며 한양대학교 소속 저자들의 지도교수인 한양대학교윤길호 교수는 이 연구의 핵심 아이디어인 재료 조합에 대한 에너지 흡수 분석 아이디어를 직접 제안하였고 논문 작성을 하였음. 이 논문의 저자 순서는 윤길호 교수가 한양대 소속 저자들의 동의를 얻어 가나다순으로 배열하였으며 논문 기여도와 상관이 없음.

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