I nte rna t io na l J o urna l   o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.   3 ,   No .   3 Sep tem b er   201 4 ,   p p .   1 30 ~ 1 40   I SS N:  2252 - 8814          130       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J AAS   The Eff ects o f  St a ck i ng  Seque nce L a y ers  o H y brid   Co m po site   M a terials   in Ener g y  Abso rption  u n der t h H ig h Velo city  Ba llistic I m pa ct  Co ndition   An   Ex peri m e ntal Inv estig a tion       E lia s   R a nd j ba ra n Riza Z a h a ri Da y a ng   L a ila   M a j id   Na w a l A s wa n Abdu l J a lil Ra m i n Va g hei Ra m in Ah m a d i   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   P u tra  M a lay si a ,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   1 6 ,   2 0 1 4   R ev i s ed   A u g   15 ,   2 0 1 4   A cc ep ted   A u g   2 6 ,   2 0 1 4       In   t h e   c u rre n t   stu d y ,   th e   e f fe c t o f   sta c k in g   se q u e n c e   lay e rs  o f   h y b rid   c o m p o site  m a t e rials  o n   b a ll isti c   e n e rg y   a b so rp ti o n ,   w h ich   w e re   fa b rica ted   f ro m   Ke v lar,  c a rb o n ,   g las f ib re s   a n d   re sin   h a v e   b e e n   e x p e rim e n tall y   in v e stig a ted   a th e   h ig h   v e lo c it y   b a ll isti c   im p a c c o n d i ti o n s.  A ll   t h e   sa m p les   h a v e   e q u a m a ss ,   sh a p e   a n d   d e n sity ,   b u th e y   h a v e   d iffere n sta c k in g   se q u e n c e   lay e rs.  Af ter  ru n n in g   t h e   b a ll isti c   tes in   th e   sa m e   c o n d it io n s ,   t h e   f in a v e lo c it ies   o f   th e   b u ll e ts  sh o w e d   th a h o w   m u c h   e n e rg y   a b so rb e d   b y   th e   sa m p les .   T h e   e n e rg y   a b so rp ti o n   o f   e a c h   sa m p le  th ro u g h   t h e   b a ll i stic  im p a c t   h a b e e n   c a lcu late d ,   a c c o rd in g ly ,   th e   d e c e n b a ll isti c   im p a c t   re sista n c e   m a teria ls  c o u ld   b e   f o u n d   b y   c o n d u c ti n g   th e   tes t.   T h is  p a p e c a n   b e   f u rth e stu d ied   in   o r d e to   c h a ra c terise   th e   m a teria p ro p e rti e s.   K ey w o r d :   B allis tic  i m p ac t   C ar b o n   f ib r e   E n er g y   a b s o r p tio n   G lass   f ib r e   H y b r id   co m p o s i te   Kev lar   f ib r e   Stack i n g   Seq u e n ce     Co p y rig h ©   201 4   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   E lia s   R a nd j ba ra n   Facu lt y   o f   E n g i n ee r i n g   Un i v er s iti P u tr Ma la y s ia   4 3 4 0 0   UP Ser d an g ,   Sela n g o r   Dar u l E h s a n ,   Ma la y s ia .   E m ail:  e lia s @ g m x . co . u k       1.   I NT RO D UCT I O N   P r o g r ess io n s   i n   th u s o f   h y b r id   co m p o s ite  m ater ia ls   f o r   th s tr u ctu r o f   air cr af an d   a u to m o b ile   in d u s tr ies  h a v r is e n   co n s id e r ab ly   o v er   th la s d ec ad e.   T h is   h as  b ee n   d r iv e n   b y   th n ee d   f o r   i m p r o v ed   p er f o r m a n ce   r eq u ir e m e n ts   in   ter m s   o f   s tea lth ,   p a y lo ad ,   r an g e,   s tab ilit y   a n d   at  t h s a m t i m e,   r ed u ctio n   i n   co s ts   in   ter m s   o f   m ai n ten a n ce ,   o p er atio n   an d   co n s tr u ctio n .   Mu ch   e x p er ien ce   i n   th u s o f   h y b r id   co m p o s ite s   in   th ae r o s p ac in d u s tr ies  h a s   b ee n   ac h ie v ed   f r o m   t h d esi g n   o f   co m p o s ite  air p lan es,  wh ich   w e r d esi g n ed   u s i n g   h i g h   s t if f n es s   r eq u ir e m e n ts   an d   n o f o r   all  th p ar ts   o f   th cu r r en b o d y   o f   air p lan es  b ein g   p lan n ed .   T h s tiff n es s   o f   co m p o s ite s   ca n   b d eter m i n ed   eq u i tab l y   ac c u r atel y   u s i n g   th p ar tic u lar   test s   a n d   m ater ial   p r o p er ties   f r o m   s ta n d ar d   m at e r ial  ch ar ac ter is atio n   te s ts .   H o w e v er ,   w ith   m o r d e m an d i n g   r eq u ir e m en ts   t h i s   h as  c h a n g ed   a n d   t h m i n i m is atio n   o f   d a m a g i s   s o m et h in g   th at  is   n o w   r eq u ir ed   i n   o r d er   to   s atis f y   h ig h er - p er f o r m a n ce   d e m a n d s .   T h is   is   n o as  s i m p le  as  o p ti m i s i n g   th elastic  s ti f f n e s s   o f   t h s t r u ctu r d u to   th e   co m p le x   d a m ag e   m o d es   t h at  ca n   o cc u r   in   h y b r id   co m p o s it es.  T h is   i s   p ar ticu lar l y   tr u e   u n d er   h i g h   v elo cit y   b allis tic  i m p ac s ce n ar io s .   C ar b o n ,   g lass ,   an d   Kev lar   f ib er   h y b r id   co m p o s ites   ar s u s c ep tib le  to   ac ci d en tal  f r o m   lo w   to   h i g h - en er g y   i m p ac t s   o f   s u c h   h az ar d s   as  d r o p p e d   to o ls   d u r in g   m ai n te n an ce ,   r u n w a y   d eb r is ,   h ail - s to n es  an d   s an d s to r m .   T h ese  i m p ac t s   ca n   b r in g   ab o u co n s id er ab le  s tr en g t h   r ed u ctio n ,   an d   th lo ca lized   d am a g is   p o ten tiall y   s o u r ce   o f   m ec h a n ical  w ea k n ess ,   p ar tic u lar l y   u n d er   th m ec h a n ical  ap p licatio n s   [ 1 ] - [ 3 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       Th E ffects o f S ta ck in g   S e q u e n ce   La ye r s   Of  Hyb r id   C o mp o s ite  Ma teri a ls   in   E n erg y…   ( E li a s   R a n d jb a r a n )   131   Fu r t h er m o r e,   th d a m a g co n s eq u e n u p o n   m in o r   i m p ac ca n   g r o w   to   lar g s ize  u n d er   th e   m ec h a n ical   ap p licatio n s .   T h n atu r e   o f   th e   i m p ac t   d a m a g i n   h y b r id   co m p o s i te  la m i n ates   r an g e s   f r o m   s u r f ac d am a g a n d   s u b s u r f ac d a m ag to   co m p lete  p en e tr atio n ,   d ep en d in g   u p o n   t h i m p ac t   lo ad in g   co n d itio n s .   Gen er all y ,   u n d er   th b allis t ic   i m p ac t,  d am a g o b tain s   o n l y   in   co n s ta n p lies   o f   la m i n a te,   r esu lti n g   i n   s o - ca lled   p ar th r o u g h - th t h ic k n es s   d a m ag e.   T h is   s o r o f   d a m ag i s   o f   co m p licated   f o r m ,   co n s is ti n g   o f   f l u ctu a tin g   a m o u n t s   o f   m atr i x   cr ac k s ,   f ib er   cr ac k s ,   a n d   d e - l a m i n atio n .   T h co m p lex it y   o f   th e   d a m a g m a k es   it  d if f ic u lt  to   ass e s s   th e   p r ec is m ec h a n is m s   co n tr o lli n g   s tr en g t h   r ed u ctio n .   Am o n g   th e s m o d es  o f   i m p ac t   d am a g e,   d e - la m in a tio n   h as   t h e   m o s t   d etr i m e n tal  e f f ec t s   o n   la m i n ate  s ti f f n es s   a n d   s tr e n g th ,   an d   h a s   r ec ei v ed   co n s id er ab le  a m o u n t o f   atte n ti o n   [ 4 ] - [ 7 ] .   Hig h   v elo cit y   i m p ac t   in v o l v es  p r o j ec tiles   m o v i n g   at  h i g h er   v elo cit ies  s u c h   t h at  th l o ca tar g et  m ater ials   b e h av li k f lu id s ,   an d   th s tr e s s   i n d u ce d   b y   t h im p ac t is  m an y   ti m es t h m ater ial  s tr en g t h .   T h g o al  f o r   th is   c lass if ica tio n   is   th e n er g y   tr an s f er   in   t h m id d le  p r o j ec tile a n d   tar g et;  en e r g y   w a s te   an d   d a m ag p r o p ag atio n   m e ch an i s m s   w i th s ta n d   ex tr e m e   tr an s f i g u r ed   as  t h v e lo cit y   o f   t h p r o j ec tile   ch an g es.  O n o f   th p o s s ib le   w a y s   o f   m a g n i f y i n g   th b all is tic  li m it  is   to   e m p lo y   tex til co m p o s ite s .   T h e   k in e tic  e n er g y   o f   th p r o j ec tile  o n ce   i m p ac ted   i n to   t h tar g e is   s ca tter ed   an d   ab s o r b ed   in   v ar io u s   lan e s   b y   th e   tar g et.   T h m ai n   en er g y - ab s o r b in g   m ec h an i s m s   t h r o u g h o u th b allis t ic  i m p ac ar e:  k in e ti en er g y   ab s o r b ed   b y   t h m o v i n g   b u llet  o n   t h b ac k   f ac o f   t h tar g et,   e n er g y   ab s o r b ed   d u to   ten s ile  f ai l u r o f   th p r i m ar y   f ib r es '   la y er   th e n   e n er g y   ab s o r b ed   d u to   th elastic  d e - f o r m at io n   o f   th s ec o n d ar y   f i b r es'   la y er ,   en er g y   ab s o r b ed   d u to   m atr i x   cr ac k in g   an d   d e - la m i n atio n   an d   f r ictio n al  en er g y   ab s o r b ed   in   th co u r s o f   p en etr atio n .   A h i g h   v elo cit y   o r   b allis tic  i m p ac t,  th r esp o n s o f   t h s tr u c tu r a ele m e n is   g o v er n ed   b y   t h e   lo ca l‟  b eh a v io u r   o f   t h m ate r ial  in   th r e g io n   o f   t h i m p a cted   zo n e;  th i m p ac r esp o n s o f   th ele m en is   g en er all y   in d ep en d e n t o f   it s   a s s is t   co n d itio n s .   T h co n tact  c y cle  o f   th e   i m p ac to r   i s   s m aller   t h an   t h ti m e   c y cle   o f   th e   lo w e s v ib r atio n al  m o d o f   th s tr u ct u r e.   H y p er   im p a ct  in v o l v es  p r o j ec tiles   m o v in g   at  ex tr e m el y   h ig h   v elo cities  s u c h   as  t h lo ca tar g et  m ater ials   b eh a v li k f lu i d s ,   an d   th s tr e s s   i n d u ce d   b y   th i m p ac is   m an y   ti m e s   th m ater ial  s tr e n g th   [ 8 ] .   T ar i q   et  a l .,   m e n tio n ed   t h at  a s   th p late  s p ec i m e n   t h ic k n ess   c o n tin u ed   to   i n cr ea s e,   t h d a m a g o n   th e   lo w er   s k in   d ec r ea s ed   s o   litt l w h ich   co u ld   n o b s ee n .   Mo r eo v er ,   as  th p late  th ic k n es s   in cr ea s ed ,   th e   m ax i m u m   i m p ac lo ad   an d   i m p ac t e n er g y   i n cr ea s ed   r elati v el y .   I m p ac t   d a m a g w a s   i n   t h f o r m   o f   p er f o r atio n ,   f ib r b r ea k ag an d   m atr ix   cr ac k in g   [ 9 ] .           F i gur e 1. Confi gur at i on  of  a  f i br e bef or e and  af t er  t r ans v er se  i m pact :  ( a)  bef or e i m pact ;  ( b) ( d)  af t er   i m pact       2.   M ANUF ACTURI N G   P RO C E DUR E   2 . 1 .   M a t er ia ls   T r a d itio n all y ,   ae r o s p ac co m p o s ites   h a v b ee n   co m p o s ed   o f   h ig h - s ti f f n ess   ca r b o n   f ib er s   to   m ai n tai n   d i m e n s io n al  s tab ili t y   u n d er   h i g h - p er f o r m an ce   ap p licatio n .   T h s tiff n e s s   p r o p er ty   is   o f ten   ass o ciate d   w it h   p ar tic u lar   s u s ce p tib ilit y   to   i m p ac d a m a g an d   co r r esp o n d in g   r ed u ct i o n   o f   m ec h an ical  p r o p er ties .   Ho w ev er ,   s u c h   s tr u ctu r e s   ar e x p ec ted   to   o n l y   e n co u n ter   f e w   u n i n ten tio n al   i m p ac ts .   C o m p o s i te  s tr u ct u r es  f o r   m ilit ar y   g r o u n d   v eh icles,  o n   t h o th er   h a n d ,   ar d esig n ed   to   ab s o r b   m u ltip le  h ig h - en er g y   i m p ac ts   b u h a v m u c h   le s s   d i m e n s io n al  r estrict io n s .   Si n ce   s o f ter   m ater ial s   te n d   to   d is s i p ate  m o r en er g y   d u r in g   i m p ac t,  lo w   m o d u lu s / h ig h   s tr en g th   al ter n ati v w o u l d   b w ell  s u ited   f o r   b ac k in g   p an el  co m p o s ite s .   Fig u r 2   s h o w s   th th r ee   t y p e s   o f   f ib r es,  in cl u d i n g   g las s ,   c ar b o n ,   an d   Kev lar ,   w h ic h   w er u s ed   i n   f ab r icatin g   t h s p ec i m e n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S    Vo l.   3 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 4   :   1 30     1 40   132       Fig u r 2 .   L ef t to   r ig h t ; G las s ,   ca r b o n ,   an d   Kev lar   f ib r e       T ab le   1   illu s tr ates  th m ec h an ical  p r o p e r ties ,   s u c h   as  s tr en g t h ,   f ail u r s tr ai n ,   an d   Yo u n g ' s   Mo d u lu s   o f   c ar b o n ,   g lass ,   a n d   Kev lar   f i b r es .       T ab le  1 .   Me ch an ical  p r o p er tie s   o f   f ib r es  h av b ee n   u s ed   in   F i b r e   S t r e n g t h ( σ) ( G P a )   F a i l u r e   S t r a i n ( ε) ( %)   M o d u l u s( E ) ( G Pa )   C a r b o n   f i b r e   3 . 8   1 . 7 6   2 2 7   E - G l a ss   3 . 5   4 . 7   74   K e v l a r ®   K M - 2,   3 . 4   3 . 5 5   8 2 .6   6 0 0   d e n i e r             Kev lar   KM 2   f ab r ics  ar w id el y   u s ed   to   p r o d u ce   p er s o n n el  p r o tectio n   s y s te m s   b ec a u s o f   th e ir   i m p ac t - r esis ta n t   p r o p er ties .   T o   u n d er s tan d   th e   d ef o r m a tio n   p r o ce s s   o f   f ab r ic  ar m o u r   s y s te m   d u r in g   i m p ac t,   m an y   a s p ec ts   o f   f ab r ic,   s u ch   a s   its   m ater ial  p r o p er ties ,   f ab r ic   s tr u ct u r e,   p r o j ec tile  g eo m e tr y ,   i m p ac v e lo cit y ,   m u ltip le  p l y   in ter ac tio n ,   f ar - f i eld   b o u n d ar y   co n d itio n s ,   a n d   f r ictio n ,   m u s t   b s t u d ied   [ 1 1 ] .   T h Kev lar   f ab r ic   u s ed   i n   a ll  co m p o s ite  tar g et  co n s tr u ctio n s   w a s   p lai n - w o v e n   He x ce A r a m id   ( p o ly p ar ap h e n y l e n e   ter ep h th ala m id e) ,   h i g h - p er f o r m an ce   f ab r ic  St y le  7 0 6   ( Kev lar   KM - 2 ,   6 0 0   d en ier )   w it h   r ea d en s it y   o f   1 8 0   g / m 2 .   T ab le   2   illu s tr ates  t h m ec h an ica p r o p er ties   in clu d i n g   f lex u r al  s tr e n g t h ,   h ar d n ess ,   ad h esiv e   s tr en g th ,   co m p r es s i v m o d u lu s ,   ten s ile  s tr en g t h ,   an d   i m p ac t stre n g th   o f   th l iq u id   ep o x y   r e s in   a n d   h ar d en er .       T ab le  2 .   Me ch an ical  P r o p er tie s   o f   th L iq u id   E p o x y   R e s in   ar E P OKUK DO  YD - 1 2 8 ,   an d   h ar d en er   is   P o ly a m id -   Do m id ( A . V:  3 5 0 )   Fle x u r a l   S t r e n g t h   ( M P a )   H a r d n e ss   ( R o c k w e l l )   S c a l e   A d h e si v e   str e n g th   ( I a p sh e a r )   ( K g / c m2 )   C o mp r e ssi v e   M o d u l u s   ( M P a )   T e n si l e   S t r e n g t h   ( M P a )   I m p a c t   S t r e n g t h   ( K g .c m /c m 2 )   7 8 0   80   65   6 3 6   4 0 0   2 . 1       R o o m   te m p er at u r cu r i n g   a n d   th r atio s   o f   5 0   p ar ts   ep o x y   r e s in   ( E P OKUK DO  Y D - 1 2 8 )   to   5 0   h ar d en er   ( P o ly a m id -   Do m id e   ( A . V:  3 5 0 ) )   b y   w e ig h t b ein g   cu r ed   af ter   s ev e n   d a y s   at  2 0   °C .     2 . 2 .   P re pa ra t io n o f   t he  S peci m en s   Han d   la y - u p   is   th s i m p le s t   an d   o ld est  o p en   m o u ld in g   m e th o d   o f   th co m p o s ite  f ab r icatio n   p r o ce s s es.  Glass   o r   o th er   r ei n f o r ci n g   m at  o r   w o v e n   f ab r ic  o r   r o v in g   is   p o s itio n ed   m a n u al l y   i n   th o p en   m o u ld ,   an d   r esi n   is   p o u r ed ,   b r u s h ed ,   o r   s p r ay ed   o v er   an d   in to   th g las s   p lies .   E n tr ap p ed - air   is   r e m o v ed   m an u all y   w i t h   s q u ee g ee s   o r   r o ller s   to   co m p lete  t h la m in ate  s tr u ct u r e.   R o o m   te m p er atu r c u r in g   ep o x ies  ar e   th m o s t   co m m o n l y   u s ed   m at r ix   r esi n s .   A   ca tal y s i n itiate s   cu r i n g   in   t h r esi n   s y s te m ,   w h ic h   h ar d en s   th e   f ib r e - r ei n f o r ce d   r esi n   co m p o s i te  w it h o u t e x ter n al  h ea t,  a n d   k ep t th e m   i n - r o o m   te m p er at u r ( 1 9   °C ,   Hu m id it y   1 3 %) .   T ab le  3   illu s tr ates t h o r d er in g   an d   s eq u e n ce   o f   f ib r es   p lies   in   ea ch   h y b r id   co m p o s it m ater ials .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       Th E ffects o f S ta ck in g   S e q u e n ce   La ye r s   Of  Hyb r id   C o mp o s ite  Ma teri a ls   in   E n erg y…   ( E li a s   R a n d jb a r a n )   133   T ab le  3 .   T h f ab r icate d   co m p o s ite  s h ee t s   ar d iv id ed   in to   f i v g r o u p s   H Y B R I D   1   H Y B R I D   2   H Y B R I D   3   H Y B R I D   4   H Y BRI D  5   K e v l a r   G l a ss   K e v l a r   G l a ss   K e v l a r   C a r b o n   C a r b o n   G l a ss   K e v l a r   C a r b o n   G l a ss   K e v l a r   C a r b o n   C a r b o n   G l a ss   K e v l a r   C a r b o n   G l a ss   C a r b o n   G l a ss   G l a ss   K e v l a r   C a r b o n   G l a ss   C a r b o n   C a r b o n   G l a ss   K e v l a r   K e v l a r   K e v l a r       2 . 3 .   E x peri m e nta l Tes t ing   P ro ce du re   T h ex p er im e n tal  s et u p   w a s   ac co r d in g   to   g u id elin e s   g i v e n   in   th NI J   Sta n d ar d   0 1 0 8 . 0 1 ,   s h o w n   i n   Fig u r 3 .   T h s ta n d ar d   test i n g   m e th o d s   f o r   m ea s u r i n g   t h i m p ac r esp o n s e   an d   r es u ltin g   f r o m   r es id u al   p r o p er ties   ap p lied   in   th r esea r ch   w er i n itia ll y   d e v elo p ed   b y   th ae r o s p ac i n d u s tr y   to   ca l cu late  t h ef f ec t s   o f   b ir d   s tr ik es   o r   ac cid en tal   to o d r o p s   o n   co m p o s ite  air cr a f s tr u ctu r e.   T h ese   tes ts   h a v b ee n   ap p r o v ed   f o r   y ea r s   as   th e   p r i m ar y   s ta n d a r d   f o r   d am a g to ler a n ce   tes tin g   o f   co m p o s ite  m ater ial  s y s te m s .   W it h   t h e   d ev elo p m en o f   m o d er n   co m p o s ite  s y s te m s   f o r   all  v eh icle   s tr u ctu r e s ,   n ev er t h eles s ,   th co n d itio n s   u s ed   i n   th ese  te s ts   ar n o r e m ar k ab l y   s u itab le  to   t h o s ex p ec ted   o f   th ese  n e w   m ater ial  s y s te m s .   B ac k in g   p an el s   o n   m ilit ar y   g r o u n d   v eh icles  ar d esig n ed   to   ab s o r b   lar g lo a d s   f r o m   h i g h - e n er g y   i m p ac t s .   I n   o r d e r   f o r   th ese  s y s te m s   to   s u r v i v v er s u s   m u ltip le  i m p ac ts ,   t h e y   m u s b ab le  to   s ca tter   th in co m i n g   en er g y   a n d   h a v s u p er io r   m ec h a n ical  to ler a n ce   to   th d a m ag li k el y   to   b in d u ce d .   C o n s eq u e n tl y ,   i is   e s s e n tial  to   e m p lo y   m ater ials ,   w h ic h   d escr ib e x c ellen e n er g y   ab s o r p tio n   a n d   s tr en g t h .   Gi v e n   t h at,   t h ese  s tr u ctu r es  ar p r esen tl y   u n d er   d ev elo p m e n t,  t h er is   n o   s in g le  s y s te m   o r   d esig n   g u id elin t h at  h a s   b ee n   estab li s h ed .           Fig u r 3 .   Sch e m atic  o f   b alli s ti test   s et u p   f o llo w i n g   t h NI J   Stan d ar d   ( NI J - 0 1 0 8 . 0 1 ,   1 9 8 5 )       C o m p r ess ed   Heli u m   g as  u s ed   as  th w o r k i n g   f lu id .   Heliu m   g as  w as  u s ed   b ec au s it  h a s   h i g h   t h er m a l   co n d u cti v it y ,   co lo u r less ,   o d o r less ,   tas teles s ,   co m m er ciall y   av ailab le,   li g h ter   t h a n   air ,   n o n - to x ic,   t h v e lo cit y   o f   s o u n d   w as  ab o u th r ee   ti m es  t h v elo cit y   o f   s o u n d   in   air ,   r e d u ce s   th d is to r tin g   ef f ec ts   o f   te m p er atu r e   v ar iatio n s ,   an d   le s s   d en s t h a n   at m o s p h er ic  air   w h ic h   ac t u a l l y   cr ea te  lo w   d r ag   to   th b u ll et.   T h air   p r ess u r f r o m   t h co m p r ess o r   w as  k ep co n s ta n at  0 . 6 * 1 0 3   k P w h i le  Heliu m   p r ess u r w a s   in cr e ased   f r o m   1 . 4 * 1 0 3   k P to   4 . 1 * 1 0 3   k P a.   Ho w ev er ,   th g u n   tu n n el  ca n   b o p er ated   at  m a x i m u m   o f   2 1 * 1 0 3   k P a.   T h air   p r ess u r e   w a s   u s ed   to   o p en   t h He liu m   g as   v al v a t t h g u n   t u n n el   b ar r el  af ter   th e   g u n   t u n n el   b ar r el  t r ig g er   w as   p u s h ed .   T h g u n   tu n n el  b ar r el  len g t h   is   ab o u 4 - m etr m ea s u r ed   f r o m   t h b u llet  r elo ad   s ec tio n   an d   test   s ec tio n   ch a m b er   w a s   p lace d   at  t h en d   o f   th g u n   tu n n el  b ar r el.   T e s s ec tio n   i s   m ad o f   h ig h   s tr e n g t h   s teel  t h at  g i v e   o u m o s p r o tectio n   d u r in g   t h ex p er i m e n t.  T h test   s ec t io n   ch a m b er   is   6 0 0   x   4 5 0   x   4 5 0   m m ,   len g t h ,   h ei g h t,  an d   w id th   r esp ec ti v el y   as  s h o w n   in   Fi g u r es   5 - 8 .   I g i v es  en o u g h   s p ac f o r   t h b u llet  t o   b ca lib r ated   an d   s to p p ed .   T h tr ig g er   f o r   t h g u n   tu n n el  i s   t h p lace   n ea r   to   th b u llet  r elo ad   s ec tio n   w h er f ar   a w a y   f r o m   t h e   test   s ec tio n   ch a m b er   m a k in g   m u c h   s a f et y   w o r k i n g   ar ea .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S    Vo l.   3 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 4   :   1 30     1 40   134       Fig u r 4 .   ( a)   Hex ag o n   B o lts ,   ( b )   Steel  f r a m f o r   m o u n ti n g ,   a n d   ( c)   Sp ec im e n           Fig u r 5 .   Sch e m atic  o f   g as  g u n   an d   b u llet i n   t h b ar r el         ( a)     ( b )         ( c)     Fig u r 6 .   ( a)   Gu n   eq u ip m e n t [ 9 ] ,   ( b )   Gas g u n ,   an d   ( c)   E x p er im en tal  s et - u p   i m p ac t [ 1 0 ]     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       Th E ffects o f S ta ck in g   S e q u e n ce   La ye r s   Of  Hyb r id   C o mp o s ite  Ma teri a ls   in   E n erg y…   ( E li a s   R a n d jb a r a n )   135       Fig u r 7 .   Sch e m atic  o f   Ga s   g u n   tu n n el  in s tr u m e n f o r   i m p ac t   test   [ 1 2 ]           Fig u r 8 .   Gas g u n   t u n n el  f o r   co n d u cti n g   t h b allis tic  i m p ac test   [ 1 2 ]       T h h ig h   s p ee d   ca m er u s ed   s tate  o f   th ar C MO s e n s o r s   av ailab le  i n   m o n o ch r o m o r   c o lo u r   w it h   2 GB   o f   m e m o r y .   I i s   ab le  to   ca p tu r co lo u r   i m a g e s   u p   to   2 0 0 , 0 0 0   f p s   at  5 1 2   1 2   b it  r eso lu tio n s .   R ec o r d ed   i m a g es  ca n   b p la y ed   b ac k   a n d   v ie w ed   i m m ed iatel y   af ter   i m a g ca p tu r o n   P C .   T h v i d eo   p lay b ac k   u n it   allo ca tes  f o r   “step ”  f a s h io n   i m ag e   r ev ie w ,   a llo w s   t h u s er   to   s et  t h s tar t   an d   e n d   p o in ts   f o r   i m ag r e v ie w,   allo w s   t h u s er   to   j u m p   to   t h tr i g g er   p o i n t,  t h ST AR T   p o in o r   th E N p o in t   o r   th e   E ND  p o in o f   t h e   i m a g ar ea .   I m ag e   p la y b ac k   c an   b i n   s in g le   s e g m en t   o r   i n   a   lo o p .   Fig u r 6   s h o w s   t h e   ac tu al  g u n   t u n n el   u s ed   f o r   th e x p er i m e n t.   Fig u r 9   s h o w s   t h s c h e m ati o f   t h m ild   s teel  b u llet  b ei n g   u s ed   in   t h e x p er i m e n t.  C y li n d r ical   b u llets   w er u s ed   in   t h ex p er i m en to   ca lib r ate  th b u llet  s p ee d   b y   v ar y i n g   Hel iu m   g as  p r ess u r e.   B u llet  u s ed   in   t h e x p er i m e n t   w as   m ad o f   m i ld   s teel  w it h   5 . 7 5   g r a m s   o f   w ei g h t.  T h le n g th   is   1 3 . 0 7   m illi m etr e s   b y   8 . 4 8   m illi m etr e s   i n   d ia m e ter .   I h a s   s m o o th   c y li n d r ical  s u r f ac to   h av e   m in i m u m   f r ictio n   a n d   d r ag   d u r i n g   it s   f li g h t.  T o g eth er   w i th   t h at,   o il   also   b ein g   u s ed   as  a   t u b to   t h b u llet  w h ic h   h elp s   to   r ed u ce   s u r f ac f r ictio n   co n tact.           Fig u r 9 .   Sch e m atic  o f   t h m il d   s teel  b u llet   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S    Vo l.   3 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 4   :   1 30     1 40   136   2. 3 .1 .   Ca lcula t io n o f   V elo ci t y   Hig h   f r a m r ates  ar r eq u ir ed   s en s o r   w it h   g o o d   s en s iti v it y ,   eith er   v er y   g o o d   s h u tter in g   s y s te m   o r   v er y   f ast  s tr o b lig h t,  a n d   also   r eq u ir es  s o m e   m ea n s   o f   ca p t u r in g   s u cc e s s i v f r a m es,  e ith er   w it h   m ec h a n ical   d ev ice  o r   b y   m o v i n g   d ata  o f f   elec tr o n ic  s e n s o r s   v er y   q u ick l y .   I n   t h s u c h   h i g h er   f r a m r ate s ,   it  is   f o u n d   th at  s lig h d i f f er e n ce   in   d eb r is   clo u d   f o r m at io n   w as   ca p tu r d   in   th i n ter - f r a m o f   4   m icr o s ec o n d s   w h ic h   is   eq u i v ale n to   th 2 5 0 , 0 0 0   f r a m es  p er   s ec o n d ,   an d   th d eb r is   f r ag m e n d is tr ib u tio n s   ap p ea r   to   b e   s lig h tl y   n ar r o w er   an d   th in n er   at  cr y o g en ic  te m p er at u r ( F ig u r 1 0 )   [ 1 3 ] .           Fig u r 1 0 .   T h r ee   f r a m es o f   s n ap s h o ts   ta k en   v ia  t h h i g h   s p e ed   ca m er ( 3 0 0   p s i H e,   at  3 0 , 0 0 0   f r am e s   p er   s ec o n d s )       2. 3 .2 .   Ca lcula t io n o f   E nerg y   I is   a n   es tab lis h ed   f ac t   t h at  a b s o r b ed   en er g y   b y   s p ec i m e n   i n   b alli s tic  te s i s   m ea n s   t o   q u an ti f y   i m p ac t - p en etr atio n   r e s is tan ce .   So ,   th ab s o r b ed   Kin et ic  en er g y   o f   ar m o u r - p r o j ec til in ter ac tio n   ca n   b li n k ed   b y   E q u a tio n   ( 1 )   w h er ar d ef i n ed   as  th to tal  Ki n etic  e n er g y   h a s   b ee n   ab s o r b ed   b y   th s p ec i m en ,   t h e   Kin etic  e n er g y   o f   th p r o j ec tile  p r io r   to   im p ac t,  an d   t h r esi d u al   k i n etic  e n er g y   a f ter   p en et r atin g   th r o u g h   th e   s p ec i m e n ,   r esp ec tiv el y .   Fro m   th is   p o in t,  t h eq u at io n   ( 1 )   ca n   b f u r th er   d er iv ed   i n to   th E q u atio n   ( 2 )   an d   ( 3 ) ,   w h ic h   ar u s i n g   t h clas s ical  P h y s ics‟  r e latio n s h ip   d escr ib in g   th Kin e tic  en er g y   o f   m o v in g   o b j e ct  w h er ea s   m p   i s   t h e   m as s   o f   t h p r o j ec tile V in iatial  an d   Vf i n al  ar th p r o j ec tile in itial a n d   f i n al  v elo cities:     E   ab s   E   in itial    E   f in al       ( 1 )     E   ab s   0 . 5   m p   Vin itial 2   -   0 . 5   m p   Vf i n al  2         ( 2 )     E   ab s   0 . 5   m p   ( Vin itial 2   -   V f i n al  2 )         ( 3 )       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   Fig u r 1 1   s h o w s   th p r o ce s s   o f   p en etr atio n   o f   b u lle ts   in to   th s p ec i m en s .   T h am o u n o f   ej ec ted   m ater ials   i n   all   t h e   6   d i f f er en t y p es   o f   s p ec i m en s ,   i n cl u d in g   t h f i v h y b r id s   an d   th e   p u r ca r b o n   f ib r e,   w h ic h   ar d iv er s to   ea ch   o th e r.   T h am o u n o f   ej ec ted   m ater i als  is   s i g n i f ica n ev id en ce   f o r   ab s o r b in g   en er g y .   I f   t h am o u n o f   ej ec ted   m ater ials   in cr ea s e,   th en er g y   ab s o r p tio n   w ill  co n s eq u en tl y   d ec r ea s e.   T h er ef o r e,   a m o n g   t h h y b r id   co m p o s i te  m ater ial s ,   th h i g h est  a m o u n o f   ej ec ted   m ater ials   b elo n g s   to   h y b r id   1   w it h   1 9 . 8 4 % ,   an d   th lo w es t b elo n g s   to   h y b r id   2   w i t h   3 . 5 4 %.   T ab le   5   illu s tr ates  s et  o f   e x p er i m e n tal  d ata  in   r elatio n   to   th s o r ts   o f   ch an g e s ,   w h ic h   ar th e   m an if e s tatio n   o f   t h a m o u n t   o f   ab s o r b ed   b allis tic  e n er g y   ( in   a   J o u l   s ca le  u n it)  o f   ea ch   o f   t h s p ec i m e n s   ac co r d in g   to   f i n al  v elo citie s   o f   ea ch   b u llet  ( i n   m etr p er   s ec o n d )   at  1 8 2   m / s   as  a n   i n itial   v elo cit y .   I n   g e n er al,   th er ar s o m v ar iat io n   tr en d s   u n v ei led   th r o u g h o u t th f i g u r o f   th in f o r m at io n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       Th E ffects o f S ta ck in g   S e q u e n ce   La ye r s   Of  Hyb r id   C o mp o s ite  Ma teri a ls   in   E n erg y…   ( E li a s   R a n d jb a r a n )   137       Fig u r 1 1 .   P r o ce s s   o f   p en etr ati n g   t h b u lle ts   i n to   th s p ec i m e n s       T ab le  5 .   Fin al  v elo cit y   a n d   en er g y   ab s o r p tio n   o f   t h 6   t y p es  o f   s p ec i m e n s   at  1 8 2   m /s   a s   th e   in itial  v elo cit y   S p e c i m e n   F i n a l   V e l o c i t y   (   V f   )   ,   ( m/ s)   Ba llisti c  E n e r g y   A b so r p t i o n ,   ( J)   H y b r i d   1   1 4 .3 6   9 4 . 3 6   H y b r i d   2   4 .4 7   9 5 . 1 7   H y b r i d   3   8 .7 6   9 5 . 0 1   H y b r i d   4   5 .2 8   9 5 . 1 5   H y b r i d   5   8 .2 1   9 5 . 0 4   Ca r b o n   2 6 .8 7   9 3 . 1 6       T u r n in g   to   th d etail s ,   it  ca n   b d em o n s tr ated   th a in   H y b r i d   2 ,   th m i n i m u m   f i n al  v elo ci t y   is   4 . 4 7   m /s ,   a n d   m ax i m u m   f i n al  v e lo cit y ,   a m o n g   t h H y b r id   s p ec im en s ,   is   in   H y b r id   1   ( 1 4 . 3 6   m /s ) .   A n d   also   i n   H y b r id   2 ,   th m a x i m u m   e n er g y   co u ld   b ab s o r b ed   ( 9 5 . 1 7   J ) ,   a m o n g   th H y b r id   s p ec i m e n s ,   th m i n i m u m   o f   ab s o r b ed   en er g y   i n   H y b r id   1   ( 9 4 . 3 6   J ) .           Fig u r 1 2 .   C o m p ar is o n   o f   t h s p ec i m e n s   w ei g h t lo s s e s   p er ce n tag e s   af ter   b allis tic  i m p ac t       Fig u r 1 3   s h o w s   t h f i n al  v el o cities  o f   th e   b u llet s   i n   6   t y p e s   o f   s p ec i m e n s ,   w h ile  t h i n iti al  v elo cit y   is   1 8 2   m /s .   H y b r id   2   d e m o n s tr ated   th r ed u ctio n   o f   t h v elo c ities   o f   t h b u llets   less   th a n   t h o th er   s p ec i m e n s .   Am o n g   t h e   H y b r id   s p ec i m e n s ,   th f in al  v elo cities  o f   H y b r id   2 ,   Hy b r id   3 ,   Hy b r id   4 ,   an d   H y b r id   5   ar e   alth o u g h   clo s to   ea c h   o t h e r   b u th e y   ar n o u n ited ,   an d   th e   d if f er en ce   a m o n g   t h e m   is   4 . 2 9   m / s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S    Vo l.   3 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 4   :   1 30     1 40   138   Fu r t h er m o r e,   H y b r id   2   an d   H y b r id   4   ar ap p r o x i m ate l y   a t h le v el  a n d   th d i f f er en ce   b et w ee n   t h e m   is   0 . 8 1   m /s .   L ik e w is e,   H y b r id   3   i s   co m p ar at iv el y   a t h le v el   w it h   H y b r id   5   an d   th e   d if f er en ce   b et w ee n   th e m   is   0 . 5 5   m /s .   A d d itio n a ll y   t h d if f er e n ce   b et w ee n   t h m ax i m u m   an d   m i n i m u m   f i n al  v elo citie s   is   1 2 . 5 1   m /s .           Fig u r 1 3 .   Dam a g p r o f iles : ( lef t )   i m p ac t - i n d u ce d   d a m a g p r o f ile  v ie w ed   f r o m   th f r o n f a ce   ( i m p ac ted )   an d   ( r ig h t)   I m p ac t - i n d u ce d   d a m a g p r o f ile  v ie w ed   f r o m   t h b ac k   f ac e       Fig u r e   1 4   an d   1 5   s h o w   th c h an g es  in   b alli s tic  i m p ac en e r g y   ab s o r p tio n   o f   H y b r id   1   to   H y b r id   an d   th p u r C ar b o n   f ib r e.           Fig u r 1 4 .   Fin al  v elo cit ies o f   t h b u llet s   in   6   t y p e s   o f   s p ec i m en s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       Th E ffects o f S ta ck in g   S e q u e n ce   La ye r s   Of  Hyb r id   C o mp o s ite  Ma teri a ls   in   E n erg y…   ( E li a s   R a n d jb a r a n )   139       Fig u r 1 5 .   C o m p ar in g   t h t h a m o u n t o f   e n er g y   ab s o r p tio n   in   6   s p ec i m e n s   o f   1 8 2   m / s   as t h in i tial v e lo cit y       T h h ig h e s co n ce n tr atio n   o f   en er g y   ab s o r p tio n   is   r an g i n g   ar o u n d   9 5   j o u les,  f r o m   m a x i m u m   o f   9 5 . 1 7   J   f o r   m in i m u m   o f   9 5 . 0 1   J ,   s u ch   as  H y b r id   2   ( 9 5 . 1 7   J ) ,   Hy b r id   4   ( 9 5 . 1 5   J ) ,   Hy b r i d   5   ( 9 5 . 0 4   J ) ,   an d   H y b r id   3   ( 9 5 . 0 1   J ) .   T h am o u n o f   en er g y   ab s o r p tio n   o f   H y b r id   2   an d   Hy b r id   4   ar clo s to   ea ch   o th er   ,   also   th d i f f er en ce   b et w ee n   b o t h   o f   t h e m   is   0 . 0 2   J .   An o th er   p a ir   o f   H y b r id s ,   w h ic h   h av e   ap p r o x i m atel y   s i m ilar   en er g y   ab s o r p tio n ,   ar H y b r id   3   an d   H y b r id   5 ,   th n ar r o w   d if f er en ce   b et w ee n   th e m   i s   0 . 0 3   J .   H y b r id   2   h a s   t h m a x i m u m   b al lis tic  i m p ac e n er g y   ab s o r p tio n ,   in   co n tr ast,   H y b r id   1   (   9 4 . 3 6   J )   p o s s ess es   th m i n i m u m   b all is t ic  i m p ac e n er g y   ab s o r p tio n .   An d   th e n   t h d is p ar it y   b et w ee n   t h m a x i m u m   a n d   m i n i m u m   b alli s tic  i m p ac t e n er g y   ab s o r p tio n   is   0 . 8 1   J .   Fig u r 1 6   s h o w s   t h r elatio n s h ip   b et w ee n   th at  t h a m o u n t s   o f   b allis tic  i m p ac en er g y   ab s o r p tio n   an d   th f in al  v elo citie s   o f   th b u lle ts ,   w h e n   th i n it ial  v elo cit y   o f   th b u llet s   is   1 8 2   m etr p er   h o u r .           Fig u r 1 6 .   T h v ar ieties o f   f i n al  v elo cities o f   th b u llets   i n   6   s p ec i m e n s       X - a x is   in d icate s   t h f i n al  v el o cit y   i n   m etr p er   h o u r   a n d   Y - a x is   in d icate s   t h a m o u n t s   o f   b alli s tic   i m p ac en er g y   ab s o r p tio n   in   j o u les.  Si x   d if f er en t y p e s   o f   s p ec i m en s ,   in cl u d in g   H y b r id   1   to   Hy b r id   5   an d   th e   p u r ca r b o n   f ib r e,   h av b ee n   i n v e s ti g ated   b y   co n d u ct in g   t h e   i m p ac test .   T h m o s d esira b le  s p ec i m e n   s h o u ld   f o llo w   th e s ch ar ac ter is t ics:   f i r s t,  r ed u ce   th f i n al  v elo cities   o f   th b u llet s   to   its   lo w est  le v el.   Seco n d ,   s h o u ld   ab s o r b   th h ig h est r ate  o f   b alli s tic  i m p ac t e n er g y .   H y b r id   2   a n d   H y b r id   4   d em o n s tr ated   clo s b eh a v io u r   i n   te r m s   o f   t h f in a v elo cit y   an d   th en er g y   ab s o r p tio n   w h ich   t h f i n al  v el o cit y   d if f er en ce   o f   t h e m   is   0 . 8 1 m /s   an d   t h en er g y   ab s o r p tio n   d if f er en ce   is   0 . 0 2   J .   B esid es,  Hy b r id   3   an d   H y b r id   5   ar e   s h o w i n g   th s a m clo s b eh av io u r   w h ic h   v elo cit y   d if f er en ce   o f   t h e m   i s   0 . 5 5   m /s   a n d   th d if f er en ce   o f   en er g y   ab s o r p tio n   is   0 . 0 3   J .   I ca n   b co n cl u d ed   th at  t h a m o u n ts   o f   b alli s tic  i m p ac en er g y   ab s o r p tio n   h av in cr ea s e d ,   w h er ea s   th f i n al  v elo citie s   o f   t h b u ll ets  h av e   g o n d o w n   s l ig h tl y .   Am o n g   th e   H y b r id s ,   th e   s tr o n g est   is   H y b r id   2   a n d   th w ea k e s t i s   H y b r id   1 .   F u r th er m o r e,   a m o n g   all  o f   t h e m ,   t h s tr o n g est   o n e   is   H y b r id   2   a n d   th w ea k e s t i s   t h e   p u r ca r b o n   f ib r e.   Fig u r 1 7   d em o n s tr ates  th r ate  o f   en er g y   ab s o r p tio n ,   s h o w n   a s   a   p er ce n tag e,   in   t h s i x   d if f er en t   t y p es  o f   s p ec i m e n s ,   i n cl u d in g   H y b r id   1   to   Hy b r id   5   an d   th p u r ca r b o n   f ib r e.   T h X - ax is   in d icate s   t h t y p e s   o f   th s p ec i m e n s   a n d   Y - a x is   i n d icate s   t h p er ce n tag o f   b allis tic  en er g y   ab s o r b ed .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.