DE2128837A1 - Körper hoher Abplatzfestigkeit bei Stoßbelastungen - Google Patents

Description

• Körper hoher Abplatzfestigkeit bei Stoßbelastungen Die vorliegende Erfindung betrifft Körper aus Metall, Stahl, Legierungen, Beton oder vergleichbaren Werkstoffen, die bestimmungsgemäß derart hohen Stoßbelastungen ausgesetzt werden, wie sie beispielsweise durch Projektile oder durch detonierende Sprengstoffe entstehen. Die äußeren Bauteile von militärischen Fahrzeugen, l'anzerplatten, Bunkerwände und -türen sind nur einige Beispiele für Körper die solchen Belastungen ausgesetzt sein können.
• Sehr starke Stoßbelastungen bewirken bekanntlich ein Abplatzen von Material aus der dem Beaufschlagungspunkt gegenüberliegenden Fläche, was auf die Reflexion der Stoßellen an dieser Fläche zurückzuführen ist. Bei der Reflexion entsteht nämlich eine Entlastungswelle, die sich dem noch nicht reflektierten Teil der Stoßwelle überlagert. Da das Profil der Stoßwelle wegen der endlichen Dauer des Stoßeszwangsläufig nach hinten abfällt, ergibt sich bei der Überlagerung dieser ellen in einem gewissen Bereich des Materials eine Zugspannung, die beim Uberschreiten eines bestimmten materialabhängigen Grenzwertes (Bruchfestigkeit) zu dem beschriebenen Abplatzen und gegebenenfalls zum Wegschleudern von Material führt Dadurch wird das Bauteil mechanisch geschwächt.
• Außerdem können sich durch die mit hoher Geschwindigkeit weggeschleuderten Massen erhebliche Schäden in der Umgebung des Bauteiles ergeben.
• Zur Erhöhung der Festigkeit des Bauteiles gegen derartige Stoßbelastungen bzw. zur Vermeidung des Abplatzens von Material aus der Rückseite des Bauteils ist bisher im wesentlichen nur bekannt, ein Material hoher Zugfestigkeit in so großer Dicke zu verwenden, daß die Stoßwelle nach dem Durchgang durch das Material bei Ankunft an der Rückseite des Körpers bereits hinreichend in ihrer Amplitude abgefallen ist und daher die resultierende Zugspannung nach Reflexlon der Entlastungswelle unterhalb des kritischen Wertes bleibt Eine derartige Dimensionierung ist jedoch in der Praxis oft nicht realisierbar, da selbst bei hoher Zugfestigkeit des Materials die erforderliche Materialdicke und danit das Gewicht der Bauteile untragbar groß wird.
• Eine gewisse Verringerung der AbpLatzneigung ist ferner durch Aufbringen von Materialschichten verschiedener Stoßwellenimpedanzen auf der Rückseite der Körper zu erreichen.
• Die erzielbare Verbesserung ist jedoch im Vergleich zu dem erforderlichen Aufwand gering.
• Überraschenderweise hat sich nun herausgestellt, daß ein Abplatzen von Teilen aus der Rückseite eines Körpers vermieden werden kann bzw. erst bei wesentliche höheren Stoßbelastungen eintritt, wenn dieser Körper gemäß der vorliegenden Erfindung in dem an die stoßbelastete Vorderseite anschließenden Bereich eine Vielzahl von ungefähr gleichmaßig verteilten, in Belastungsrichtung langgestreckten lIohlräumen aufweist.
• Durch diese einfache konstruktive Maßnahme, die bei Baut ein len bzw. Körpern mit praktisch beliebiger Gestaltung durchgeflihrt werden kann, wird entweder die Stoßbelastbarkeit erheblich erhöht oder die für eine vorgegebene Belastbarkeit erforderliche Dicke, das Volumen und damit das Gewicht des Bauteil es im Vergleich zu einem Körper ohne Hohlräume entscheidend verringert.
• Erfindungsgemäß können die Hohlräume in Form von einseitig offenen, sich von der Eickseite in das Innere des Körpers hlneinerstreckenden Bohrungen <ausgeführt sein.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung beträgt die Gesamt querschnittsfläche der Hohlräume in dem mit Hohlräumen versehenen Bereich etwa 5 °,; bis 30 0/0' der Gesamtquerschnittsfläche dieses Bereiches.
• Ferner sollten nach einer noch weiteren Ausführungsart der Erfindung bei Körpern in Form von ebenen oder gekrümmten Platten die Hohlräume von der Rückseite bis zu einer Tiefe von mindestens 30 % der Plattendicke in den Körper hineinragen.
• Die Hohlräume können in Form zylindrischer oder kegelförmiger Einbohrungen in der Ruckseite ausgeführt sein.
• Des weiteren ist es erfindungsgemäß möglich, die Hohlräume mit kompressiblem Material auszufüllen oder den mit Hohlräumen versehenen Bereich des Körpers mit einer dünnen Platte oder Folie abzudecken.
• Untersuchungen haben gezeigt, daß die Wirkung der erfindungsemäß in dem Körper vorgesehenen Hohlräume im wesentlichen darauf zurückzuführen ist, daß die Stoßwelle auf dem letzten Teil des Weges zur Rückseite durch die von den Hohlraumwänden ausgehenden partiellen Entlastungswellen in ihrer Amplitude stark geschwächt wird. Außerdem wird die an der Rückseite des Körpers reflektierte Entlastungswelle, die im Vergleich zu einem entsprechenden Körper ohne Hohlräume wesentlich kleinere Amplitude aufweist, beim Passieren des mit Hohlräumen versehenen Bereichs weiter geschwächt.
• Die auftretenden Zugspannungen sind demzufolge wesentlich kleiner.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der beigefügten Abbildungen.
• Von diesen zeigt Fig. 1 im Querschnitt und in Teildarstellung einen plattenförmigen Körper nach der Erfindung, beispielsweise eine Panzerplatte, und Fig. 2 in Aufsicht die Rückseite des Körpers nach Fig. 1.
• In Fig. 1 ist der - in diesem Beispiel plattenförmige -Körper mit 1 bezeichnet. Die Stoßbelastung greift an der Vorderseite 2 an und verursacht eine Stoßwelle, die den Körper 1 durchdringt und sowohl an der Rückseite 4 als auch an den Wandungen der Hohlräume 3 reflektiert wird.
• Der gezeigte Körper 1 kann beispielsweise aus Stahl bestehen, wobei die Hohlräume 3 zylindrisch oder - wie hier nicht gezeigt ist - kegelförmig eingebohrt sind. Die Gesamtquerschnittsfläche der Hohlräume 3 ist hier klein gegenüber der Gesamtfläche der Rückseite 4. Die Hohlräume 3 erstrecken sich etwa bis zu einer Tiefe T von etwa 2/3 der Gesamtdicke D des Körpers in diesen hinein. Der Abstand der Hohlraumwandungen voneinander sollte höchstens der Tiefe dieser Bohrungen bzw. Hohlräume 3 entsprechen.
• Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die Hohlräume 3 in der Ruckseite 4 gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
• Durchmesser und Anzahl der Bohrungen können in weiten Bereichen variiert werden, so daß auf die speziellen Gegebenheiten des Herstellungsverfahrens sowie des Verwendungszweckes Rücksicht genommen werden kann.
• Die beschriebenen Wirkungen der Bohrungen werden nicht beeinträchtigt, wenn diese mit einem kompressiblen Material, beispielsweise mit einem Schaumstoff gefüllt werden oder wenn die Rückseite 4 mit einer dünnen Platte oder mit einer Folie abgeschlossen wird.
• Beim Beschuß einer 25 mm dicken Stahlplatte mit einem Projektil der Geschwindigkeit 1800 m/Sek. konnte das Abplatzen von Material aus der Rückseite dadurch verhindert werden, daß die Platte mit Bohrungen von T = 8 mm Tiefe und einem Durchmesser von 2 mm versehen wurde, wobei der kleinste Abstand der Bohrungen bezogen auf die Außenberandungen ebenfalls 2 mm betrug. Demgegenüber zeigte eine Platte aus gleichem Material und gleicher Dicke einen starken Abplatzeffekt.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCBE

1. Körper hoher Abplatzfestigkeit bei Stoßbelastungen, wie sie durch Projektile oder durch detonierende Sprengstoffe hervorgerufen werden, bestehend aus Metall, Stahl, Legierungen, Beton oder vergleichbaren Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Körper (1) in dem an die stoßbelastete Vorderseite (2) anschließenden Bereich eine Vielzahl von ungefähr gleichmäßig verteilten, in Belastungsrichtung langgestreckten Hohlräumen (3) aufweist

2. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (3) in Form von einseitig offenen, sich von der Rückseite (4) in das Innere des Körpers (1) hineinerstreckenden Bohrungen ausgeführt sind.

3. Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß.

in dem mit Hohlräumen (3) versehenen Bereich die Gesamtquerschnittsfläche der Hohlräume (3) etwa 5 5 bis 30 % der Gesamtquerschnittsfläche dieses Bereichs beträgt.

4. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser in Form einer ebenen oder gekrümmten Platte ausgebildet ist und daß sich die Hohlräume (3) von der Iiückseite (4) bis zu einer Tiefe (T) von mindestens 30 Vo der Gesamtdicke (D) in den Körper (1) hineinerstrecken.

5 Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (3) in Form zylindrischer oder kegelförmiger Bohrungen ausgeführt sind,

6. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (3) mit kompressiblem Material, wie Schaumstoff, ausgefüllt sind.

7. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeicirnet, daß zumindest der mit offenen IIohlräumen (3) versehene Bereich des Körpers (1) mit einer dünnen Platte oder Folie abgedeckt ist.

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