Una nuova ricerca della North Carolina State University e della Direzione della tecnologia applicata all'aviazione dell'esercito degli Stati Uniti mostra che la schiuma metallica composita in acciaio inossidabile (CMF) può bloccare la pressione dell'esplosione e la frammentazione a 5, 000 piedi al secondo da proiettili incendiari ad alto potenziale esplosivo (HEI) che esplodono a soli 18 pollici di distanza.

"In breve, abbiamo scoperto che l'acciaio-CMF offre una protezione molto maggiore rispetto a tutti gli altri materiali per armature esistenti, riducendo notevolmente il peso, "dice Afsaneh Rabiei, autore senior di un documento sul lavoro e professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State. "Possiamo fornire la stessa protezione dell'armatura d'acciaio esistente a una frazione del peso o fornire molta più protezione a parità di peso.

"Molti veicoli militari utilizzano armature in acciaio laminato omogeneo, che pesa tre volte il nostro acciaio-CMF, " dice Rabiei. "Sulla base di test come questi, crediamo di poter sostituire quell'acciaio laminato con acciaio-CMF senza rinunciare alla sicurezza, bloccando meglio non solo i frammenti ma anche le onde d'urto responsabili di traumi come gravi lesioni cerebrali. Ciò ridurrebbe significativamente il peso del veicolo, migliorando il consumo di carburante e le prestazioni del veicolo."

Per questo studio, i ricercatori hanno sparato un proiettile HEI di 23 × 152 mm (mm), spesso utilizzato nelle armi antiaeree, in una piastra di alluminio spessa 2,3 mm. Le piastre CMF in acciaio da 10 pollici per 10 pollici - spesse 9,5 mm o 16,75 mm - sono state posizionate a 18 pollici dalla piastra di battuta in alluminio. I ricercatori hanno valutato che l'acciaio-CMF ha resistito all'ondata di pressione dell'esplosione e ai frammenti di rame e acciaio creati dall'esplosione, così come l'alluminio dalla piastra di battuta.

"Entrambi gli spessori di acciaio-CMF hanno fermato l'onda d'urto, e l'acciaio-CMF da 16,75 mm ha fermato tutti i frammenti da 15 mm2 a oltre 150 mm2 di dimensioni, " dice Rabiei. "Il 9,5 mm acciaio-CMF si è fermato di più, ma non tutto, dei frammenti. In base ai risultati, una piastra in acciaio-CMF da 10 mm avrebbe fermato tutte le dimensioni dei frammenti."

I ricercatori hanno anche sviluppato modelli al computer di come si sarebbe comportata la piastra in acciaio-CMF. Rispetto ai risultati sperimentali, il modello corrispondeva molto da vicino. I ricercatori hanno quindi utilizzato il modello per prevedere come si sarebbe comportato l'armatura in alluminio 5083 – un tipo di armatura già sul mercato che ha un peso e uno spessore simili all'acciaio-CMF da 16,75 mm – contro i proiettili HEI.

Il modello ha mostrato che, mentre un'armatura in alluminio di peso simile ai pannelli in acciaio-CMF fermerebbe tutti i frammenti, l'armatura di alluminio si allargherebbe e permetterebbe ai frammenti di penetrare molto più in profondità. Ciò comporterebbe maggiori danni al pannello, trasferendo grandi quantità di stress ai soldati o all'equipaggiamento dietro l'armatura. L'acciaio-CMF, d'altra parte, assorbe l'energia dell'onda d'urto e dei frammenti volanti attraverso la deformazione locale delle sfere cave, lasciando l'armatura in acciaio-CMF notevolmente meno sollecitata, offrendo una maggiore protezione contro i frammenti e le onde d'urto.

I prossimi passi includono il test dell'acciaio-CMF contro ordigni esplosivi improvvisati (IED) e di grosso calibro, balistica montata. I ricercatori hanno già testato le prestazioni del CMF contro armi d'assalto portatili, radiazioni e calore estremo.

La carta, "Uno studio sulla resistenza all'esplosione e ai frammenti di schiume metalliche composite attraverso approcci sperimentali e modellistici, " è pubblicato nel Journal of Composite Structures .