Uno scudo balistico in polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE) ha ceduto a seguito di un impatto di frammento a bassa velocità. L'ispezione visiva non mostrava penetrazione totale, ma una separazione interna dei fogli. Questo articolo descrive il flusso di lavoro forense utilizzato per determinare se un errore nella pressione di pressatura durante la fabbricazione fosse la causa principale della delaminazione.
Pipeline 3D: scansione micro-TC e segmentazione in Volume Graphics 🛡️
Il primo passo è stato sottoporre lo scudo danneggiato a una scansione micro-TC per ottenere una nuvola di punti volumetrica ad alta risoluzione. In Volume Graphics, sono state segmentate le regioni a bassa coesione, identificando le zone in cui la densità del materiale era inferiore all'85% del valore nominale. Queste aree, visibili come porosità allungate tra gli strati, sono state isolate in un modello 3D. Successivamente, è stata esportata una mesh di elementi finiti con le proprietà meccaniche degradate di tali regioni. L'analisi di GOM Inspect ha confermato che le deformazioni residue corrispondevano alla geometria dell'impatto, validando la segmentazione.
Simulazione in Abaqus e validazione dell'ipotesi di pressione 🔬
In Abaqus è stato simulato l'impatto del frammento sul modello con zone a bassa coesione. La distribuzione delle tensioni ha mostrato picchi localizzati ai bordi delle regioni segmentate, generando una propagazione della cricca che replicava esattamente la delaminazione osservata. Confrontando con una simulazione di controllo utilizzando uno scudo ideale (senza difetti), il cedimento non si verificava. Ciò ha confermato che una pressione di pressatura insufficiente ha creato punti deboli, e non un difetto del materiale base. Il flusso dimostra come l'integrazione di micro-TC e simulazione permetta di verificare i processi di fabbricazione.
Come le discontinuità rilevate dalla micro-TC all'interfaccia dei fogli di UHMWPE si correlano con le zone di inizio della delaminazione previste dal modello agli elementi finiti in Abaqus per un impatto di frammento a bassa velocità.
(PS: La fatica dei materiali è come la tua dopo 10 ore di simulazione.)