TEMPER simulations of bullet impact and fragment impact tests of 155 mm shell filled with MCX-6100 composition

Abstract

IM classification of munitions requires testing according to STANAG 4439 (1). All tests have to be performed unless the Threat Hazard Analysis shows that specific threats in the STANAG do not exist for the life cycle of the specific munition. In some nations a full scale test may be replaced by small scale testing accompanied with simulations. In this report results from small scale testing of the explosive composition MCX-6100 have been used as input for simulations of Bullet Impact (BI) and Fragment Impact (FI) tests with the MSIAC TEMPER software. The munitions we have studied are 155 mm shells. MCX-6100 is a melt-cast composition to be used in this munition. The TEMPER simulations of BI test with flat end rod on shell filled with MCX-6100 CH 6027/14 compositions show a no reaction response for the three shock sensitivities studied in this report. With TEMPER we have studied impact by only one bullet. The STANAG 4241(2) requires hit by three bullets. Shock properties of damaged explosive are not available for the MCX-6100 compositions. However, nothing in the obtained simulation results indicate problems to achieve a no reaction response in BI tests for a 155 mm shell filled with MCX-6100. The requirement in STANAG 4439 for the BI test to fulfill the IM requirements is a type V reaction, no response more severe than burning. Simulations of FI test with a conical NATO fragment and the test conditions given in STANAG 4496 (3) have been performed on different shell thicknesses of shells filled with MCX-6100 having three different shock sensitivities. With a MCX-6100 filling with a shock sensitivity of 58.5 kbar, a shell thickness of 6 mm or more gives a no reaction response. With a MCX-6100 filling with a shock sensitivity of 47.5 kbar, a shell thickness of 8 mm or more gives a no reaction response. For MCX-6100 fillings with a shock sensitivity of 36.4 kbar, a shell thickness of 11 mm or thicker gives a no reaction response. The requirement in STANAG 4439 for the FI test to fulfill the IM requirements is a type V reaction, no response more severe than burning. The simulations with TEMPER of both bullet and fragment impact tests show that the requirements in STANAG 4439 can be fulfilled. For the fragment impact test, however, the shock sensitivity of the MCX-6100 composition should be 50 kbar or better to obtain a type V response.

For å oppnå IM-klassifisering av ammunisjon er det i STANAG 4439 (1) krav til testing. Disse testene må utføres med mindre en trusselvurdering viser at truslene i STANAG 4439 ikke forekommer i ammunisjonens livsløp. Fullskalatesting kan i noen nasjoner erstattes med småskalatester i kombinasjon med simuleringer. I denne rapporten er resultater fra småskalatesting av sprengstoffkomposisjonen MCX-6100 benyttet som inndata for simuleringer av testene «Bullet Impact» (BI) og «Fragment Impact» (FI) med MSIAC TEMPERprogramvaren. Ammunisjonen vi har studert, er en 155 mm granat. MCX-6100 er en smeltestøpkomposisjon til bruk i denne ammunisjonstypen. TEMPER-simuleringene av beskytning med en sylindrisk kule på en MCX-6100 CH 6027/14 fylt granat viser en ikke-reaksjon-respons for de tre sjokkfølsomhetene studert i denne rapporten. Treff av kun én kule er studert. Kravet i STANAG 4241 (2) er at målet skal treffes av tre kuler innenfor en radius på 50 mm. Sjokkfølsomhetsegenskapene til skadede MCX-6100- komposisjoner er ukjent. Ingenting i de oppnådde simuleringsresultatene tyder imidlertid på at ikke en type V-respons i BI-test kan oppnås med en MCX-6100-fylling. Kravet i STANAG 4439 for BI-test for å tilfredsstille kravet til IM er en type V-respons, brann. Simuleringene av fragmentanslag med et konisk NATO-fragment under testbetingelser gitt i STANAG 4496 (3) er gjennomført mot en granat fylt med MCX-6100-komposisjoner med tre forskjellige sjokkfølsomheter. Variabelen er veggtykkelsen til granaten. For MCX-6100-fyllingen med sjokkfølsomhet 58.5 kbar gir en granatveggtykkelse på 6 mm eller mer en ikke-reaksjon. For MCX-6100-fyllingen med sjokkfølsomhet 47.5 kbar gir en granatveggtykkelse på 8 mm eller mer en ikke-reaksjon. Og for MCX-6100-fyllingen med sjokkfølsomhet 36.4 kbar kreves en veggtykkelse på 11 mm eller mer for å gi en ikke-reaksjon. Kravet i STANAG 4439 til FI for å tilfredsstille kravet til IM er en type V-respons, brann. Simuleringen med TEMPER av kule- og fragmentanslagstest viser at for begge testene er kravene til IM i STANAG 4439 med en type V-respons oppnåelig. Men for fragmentanslagstesten bør det stilles krav til sjokkfølsomheten for MCX-6100-fyllingen. For å oppnå en ikke-reaksjon-respons bør sjokkfølsomheten til MCX-6100-fyllingen være +50 kbar.