분산분석(ANOVA)을 이용한 금속 재료의 방탄 성능 평가

Abstract

금속 방탄재에 탄환이 고속 충돌 시, 탄환과 방탄재 사이에 복잡한 비선형 변형과 열적-기계적 상호작용이 발생한다. 이로 인해 방탄 성능을 결정하는 주요 물성을 평가하는 것은 매우 어렵다. 본 연구에서는 금속 방탄재의 기계적 물성에 대해 분산분석을 수행하여 방탄성능에 대한 영향성을 통계적으로 확인하였다. LS-Dyna 상용 소프트웨어를 이용하여 금속재료에 대한 탄도 충격 현상 유한요소 모델을 구현하였으며, NATO 회원국 간의 표준화 협정 규격에 따른 파편모의탄을 사용하였다. STANAG 4569를 기준으로 비관통 조건에서는 630m/s, 관통조건에서는 960m/s 속도로 충돌해석 수행하였고, 각각에 대한 분산분석을 수행하였다. Armox500T의 기본 물성을 중심점으로 설정한 중심합성계획법을 이용하여 실험점을 배치하였으며, 완전2차 표면모델을 통해 방호 성능을 결정 짓는 금속재료의 주요 기계적 물성에 대한 영향성을 평가하고, 물성 간의 상호작용 효과를 확인하였다.

When a projectile collides at high speed with metal armor, complex nonlinear deformations and thermo-mechanical interactions develop between the projectile and the armor. This results in significant challenges in evaluating the key properties that govern ballistic resistance. In this study, a statistical analysis of the mechanical properties of metal armor materials is conducted through Analysis of Variance (ANOVA) to assess their impacts on ballistic resistance performance. A finite element model for ballistic impact analysis on metal materials is developed in accordance with NATO standardization using LS-Dyna software. For the impact cases, impact analyses are performed at velocities of 630m/s under non-penetration conditions and 960 m/s under penetration conditions. ANOVA is applied to each condition to evaluate the effects of the material properties. Experimental points are established using a central composite design based on the base properties of Armox500T. The influence of key mechanical properties of the metal materials on ballistic performance is assessed using a full quadratic surface model, and the interaction effects among properties are also examined through ANOVA.