Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Master thesis within light warhead for support weapon: Investigation of defects, methods and requirement specifications in order to get a shell body shatter free
Karlstad University, Faculty of Technology and Science, Department of Mechanical and Materials Engineering.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Examensarbete inom lätt verkansdel för understödsvapen : Utredning av defekter, provningsmetoder och kravställningar för att erhålla en splitterfri granathylsa (Swedish)
Abstract [en]

At launching the shell body, especially the backplane of the shell body, will be exposed to very high stresses due to acceleration, pressure and increased temperature from the propellant combustion. Defects in the shell body could in worst case for example result in high temperature gas leakage into the warhead and thereby ignite the explosives before exiting the launcher. This kind of explosion results in serious damages and can seriously injure both the gunner and other people in the surroundings.

According to earlier study, carbon fibre reinforced epoxy with filament winding manufacturing method was the primary focus. The purpose of this master thesis was to investigate requirements and testing methods on a shell body manufactured in composite that will guarantee the safety of the gunner and surroundings in the launch phase.

The pre-study conducted in this project showed that matrix cracks and fibre breakages are most common defects in the shell body that occur during launching affected by burst pressure. Matrix crack is the less dangerous defect among the impact damage types. Discussion with composite manufacturing companies showed that fibre breakage is a very serious type of defect since more breakage of fibres leads to the shell body have reduced stresses and cannot built-up the fully potential burst pressure during launching.

 

Two requirement specifications were carried out, one for the shell body and another for the detection methods. These were created by own research and ideas according to found information, telephone- and e-mail contact with experts in areas and with personnel at Saab Dynamics AB.

Some requirements for the shell body were that it should be fully usable after drop tests from different heights, vibration and transportation tests yield no cyclic damage after a long transport. Furthermore, the shell body should always use a fully isolated driving band to not have hot explosive gases penetrated into critical sections which results in detonation already in the launcher barrel. The most important requirements for the detection methods were to have depth analysis, high reliability and in-field inspection.

 

Elimination- and decision matrices were made to find which detection methods should be the final selections in order to find the defects in a shell body. The detection methods which did not fulfil the criteria from each separate matrix were eliminated and did not proceed further as a concept. Eliminations were performed in concept generation phase (elimination matrix) and concept selection phase (decision matrix). In final selection phase a couple of methods were chosen that together found as many defects as possible.

 

By using both acoustic emission and shearography all the critical defects and a wide range of other defects can be detected with very high reliability and resolution at an acceptable cost. These two methods “interact” perfectly with each other. Acoustic emission is the best method to find fibre breakage and matrix cracks, which are the most commonly occurring defects during launching. But shearography does not have a good detectability of fibre breakage and matrix cracks. On the other hand, shearography has good detectability of both planar- and volumetric defects.

It is concluded that only two inspection methods, i.e. acoustic emission and shearography are needed to detect all of the possible defects in the grenade shell body. This is more economical solution requiring smaller space and fewer operators compared to one separate NDT method for detecting each type of defect.

Abstract [sv]

Vid utskjutning av granathylsan utsätts framförallt bakplanet, för mycket höga påfrestningar genom acceleration, tryck och förhöjd temperatur från krutförbränningen. Vid en genombränning av granatskalet skulle sprängämnet i verkansdelen kunna tändas redan i eldröret och orsaka en vapensprängning. Den här typen av explosion resulterar i allvarliga skador både för skytten samt folk i dess omgivning.

 

Med hänsyn till tidigare studier har det varit fokus på kolfiberförstärkt epoxi som är tillverkad av fiberlindning. Syftet var att utreda kravställningar och metoder för provning, som garanterar skyttens och omgivningens säkerhet i utskjutningsfasen av en granat tillverkad av kompositmaterial.

 

Från förstudien i denna rapport visade sig att matrissprickor och fiberbrott är de vanligaste defekter som uppstår i granathylsan under utskjutningsfasen där den största påverkan är ifrån explosionstrycket. Matrissprickor är de mindre farliga defekter av de som uppstår under intryckning. Diskussion med komposittillverkande företag visade att fiberbrott är en väldigt farlig typ av defekt eftersom fibrerna står för styrkan och brott av fibrer leder till att granathylsan klarar av att utsättas för lägre påfrestningar och kan inte hjälpa till att bygga upp det önskvärda trycket som önskas under utskjutningen.

 

Två kravspecifikationer utfärdades, en för granathylsan och en annan för detekteringsmetoderna. Dessa två skapades genom egen studie och idéer med hänsyn till hittad information, ifrån telefon- samt email kontakt med experter inom områdena samt med hjälp av personal på Saab Dynamics AB. Några krav som valdes för granathylsan var att den ska vara fullt användbar efter fallskärmsprovning från olika höjder, vibration- och transport tester för att inte få cykliska skador efter en lång transportering samt att alltid ha en fullt isolerad gördel så att inte de heta gaserna från explosivorna tänds redan i eldröret vilket orsakar vapensprängning. Några krav för detekteringsmetoder var att de ska kunna göra mätningar/analyser på djupet, ha hög trovärdighet samt vara portabel.

 

Eliminering- och beslutsmatriser gjordes för att hitta vilka detekteringsmetoder som skulle bli de slutliga valen i jakten på att finna defekterna i granathylsan. De metoder som inte uppfyllde kriterierna från respektive matris blev eliminerade. Elimineringen utfördes i faserna för konceptgenerering och konceptval. I slutliga valet valdes ett par lämpliga metoder som tillsammans hittar så många defekter som möjligt.

 

Genom att använda akustisk emission samt shearografi hittades samtliga kritiska defekter plus många andra som inte anses vara kritiska med väldigt hög trovärdighet och upplösning till ett mer acceptabelt pris. Metoderna samverkar väldigt bra med varandra eftersom akustisk emission är bästa metoden att hitta fiberbrott och matrissprickor vilket är vanligt förekommande i utskjutningsfasen. Shearografi har inte samma detekterbarhet på dem två defekterna men de har å andra sidan istället väldigt god detekterbarhet på både volymetriska- och plana defekter.

 

Slutsatsen är att endast två metoder behövdes för att finna alla defekter vilket blir mer ekonomiskt, tar mindre plats och behöver färre certifierade operatörer jämfört med om man ska ha en detekteringsmetod för att finna respektive defekt.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 85 p.
Keyword [en]
warhead, support weapon, shell body, shatter free, defect, method, carbon fibre, epoxy, crack, delamination, porosity, CFRP, CFRE, NDT
Keyword [sv]
verkansdel, understödsvapen, granathylsa, splitterfri, defekt, metod, kolfiber, epoxi, spricka, delaminering, porositet, OFP
National Category
Composite Science and Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kau:diva-45443OAI: oai:DiVA.org:kau-45443DiVA: diva2:955477
External cooperation
Saab Dynamics AB
Subject / course
Mechanical Engineering
Educational program
Engineering: Mechanical Engineering, spec. in Materials Engineering (300 ECTS credits)
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-08-29 Created: 2016-08-25 Last updated: 2016-08-29Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2292 kB)5 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2292 kBChecksum SHA-512
34b6dfc62485541ff2fa9e75dbe50d31062713c43d68c2c72365f654d3448a85871201019521b9b536018adf50951b383b929dc10e18b68d9a49d86cb9414df8
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Mechanical and Materials Engineering
Composite Science and Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 5 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 28 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link