Um escudo balístico de polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) falhou diante de um impacto de fragmento em baixa velocidade. A inspeção visual não mostrava penetração total, mas sim uma separação interna das lâminas. Este artigo detalha o fluxo de trabalho forense empregado para determinar se um erro na pressão de prensagem durante a fabricação foi a causa raiz da delaminação.
Pipeline 3D: escaneamento micro-CT e segmentação no Volume Graphics 🛡️
O primeiro passo foi submeter o escudo danificado a um escaneamento micro-CT para obter uma nuvem de pontos volumétrica de alta resolução. No Volume Graphics, foram segmentadas as regiões de baixa coesão, identificando zonas onde a densidade do material era inferior a 85% do valor nominal. Essas áreas, visíveis como porosidades alongadas entre camadas, foram isoladas em um modelo 3D. Posteriormente, exportou-se uma malha de elementos finitos com as propriedades mecânicas degradadas dessas regiões. A análise do GOM Inspect confirmou que as deformações residuais coincidiam com a geometria do impacto, validando a segmentação.
Simulação no Abaqus e validação da hipótese de pressão 🔬
No Abaqus, simulou-se o impacto do fragmento sobre o modelo com zonas de baixa coesão. A distribuição de tensões mostrou picos localizados nas bordas das regiões segmentadas, gerando uma propagação de trinca que replicava exatamente a delaminação observada. Ao comparar com uma simulação de controle usando um escudo ideal (sem defeitos), a falha não ocorria. Isso confirmou que uma pressão de prensagem insuficiente criou pontos fracos, e não um defeito do material base. O fluxo demonstra como a integração de micro-CT e simulação permite auditar processos de fabricação.
Como se correlacionam as descontinuidades detectadas por micro-CT na interface das lâminas de UHMWPE com as zonas de início de delaminação previstas pelo modelo de elementos finitos no Abaqus para um impacto de fragmento em baixa velocidade.
(PS: A fadiga dos materiais é como a sua depois de 10 horas de simulação.)