ROMÂNIAMINISTERUL APĂRĂRII NAŢIONALECENTRUL DE CERCETARE ŞTIINŢIFICĂPENTRU APĂRARE CBRN ŞI ECOLOGIE

RAPORTUL ŞTIINŢIFIC ŞI TEHNIC

Proiect: „Echipament ergonomic de protecție balistică pentrupersonalul feminin din structurile sistemului național deapărare” (FEMBALPROT)

Contract: PCCA-2013 nr. 303/2014

Etapa II: Realizare model funcțional de echipament ergonomic deprotecție balistică pentru personalul feminin

Bucureşti- 2015 -

APROBŞeful Centrului de CercetareŞtiinţifică pentru Apărare CBRN şiEcologieCol.dr.ing.

Gabriel EPURE

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 2

Cuprins1. Rezumatul etapei 32. Descrierea ştiinţifică şi tehnică a rezultatelor 52.1. Proiectarea și realizarea modelului funcțional al vestei

de protecție balistică pentru personalul feminin 52.1.1. Aspecte preliminare 52.1.2. Realizare matriței 62.1.3. Realizarea și testarea produsului 9

2.2 Verificarea conformităţii modelului funcţional curezultatele studiului antropometric 10

2.2.1. Elaborarea documentației pentru definirea mărimii cupei vesteibalistice 10

2.2.2. Etapele realizării prototipului virtual și verificării conformitățiiacestuia prin simulare 3D 143. Rezultate obţinute 18

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 3

1. Rezumatul etapei

În cadrul Etapei II a proiectului Echipament ergonomic de protecțiebalistică pentru personalul feminin din structurile sistemului național deapărare” (FEMBALPROT), cu titlul „Realizare model funcțional de echipamentergonomic de protecție balistică pentru personalul feminin”, obiectiveleconsorţiului au fost planificate şi realizate conform planului de realizareaprobat. Activitatea de cercetare a fost distribuită membrilor consorţiului,fiecăruia după specificul şi experienţa anterioară în derularea activităţilor decercetare.

Au fost identificate 5 activităţi principale, conduse de cătrecoordonatorului proiectului (Centrul de Cercetare Ştiinţifică pentru ApărareCBRN şi Ecologie) avându-i ca parteneri în proiect partenerul 1 (SC STIMPEXSA) și partenerul 2 (Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Textile șiPielărie).

Aceste activităţi şi concretizarea lor sunt prezentate sintetic în tabelul demai jos.

Nr.crt. Denumire activitate Concretizare

12.CO.1 Elaborarea specificațieipreliminare a modelului funcțional alprodusului

a. Specificație de dezvoltarepentru produsul ”Vestă deprotecție balistică pentrupersonalul feminin”.b. „Studiu privindverificarea conformităţiimodelului funcţional curezultatele studiuluiantropometric.c. "Plan de testare" și"Raport de testare" pentrumodelul funcțional alprodusului ”Vestă deprotecție balistică pentrupersonalul feminin”.d. 5 Veste de protecțiebalistică pentru personalulfeminin

2 2.P1.1 Realizarea modelului funcțional

32.CO. 2 Asistență tehnică pentrurealizarea modelului funcțional

42.P2.1 Verificarea conformității modeluluiobținut cu rezultatele studiuluiantropometric

52.CO.3 Testarea și evaluarea modeluluifuncțional

O parte din aspectele studiate în cadrul proiectului au fost prezentate laConferința internaţională „The 21st International conference The Knowledge-Based Organisation” KBO2015, Sibiu, 11-13 iunie 2015, prin lucrarea„Methods and criteria for selecting the best suitable materials to achieve the newballistic protection vest design for women” și la Conferința internațională

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 4"Greener and Safer Energetic and Ballistic Systems", Academia TehnicăMilitară, București, 22-23 mai 2015, prin lucrarea "Design of ballisticprotection equipment for military feminine staff". La aceste conferințe auparticipat oameni de știință cu recunoaștere internațională și reprezentanți aiunor agenți economici, potențiali beneficiari ai rezultatelor cercetării.

Rezultatele și procesul de cercetare derulat pentru obținerea produsului,precum și date despre finanțarea proiectului au fost diseminate și în presă,dată fiind noutatea produsului. Astfel, prima referință despre proiect a apărutîntr-un tabloid local (http://www.libertatea.ro/detalii/articol/veste-antiglont-sani-517409.html), în care subiectul a fost tratat conform politicii editoriale, dar careulterior a atras și portaluri serioase de informații (http://www.vice.com/ro/read/armata-romana-lucreaza-la-o-vesta-anti-glont-pentru-femei-115) și chiar un reportajamplu realizat de prestigioasa agenție de presă Associated Press. Materialul realizat deAssociated Press a fost preluat atât de ziare (Washington Times -http://www.washingtontimes.com/news/2015/apr/17/romania-to-make-special-flak-jackets-for-its-femal/), televiziuni (Fox News - http://www.foxnews.com/world/2015/04/17/romanian-research-institute-develops-bulletproof-vest-for-women/) sausite-uri (http://www.seattlepi.com/news/world/article/Romania-to-make-special-flak-jackets-for-its-6206231.php, http://medicalxpress.com/news/2015-04-romania-spe-cial-flak-jackets-female.html,http://www.canadianmanufacturing.com/manufacturing/romanian-research-centre-designing-bulletproof-vests-for-women-147214/) nord-americane și europene(http://www.svobodnymonitor.cz/zpravy/rumunska-armada-vyviji-specialni-neprustrelnou-vestu-pro-vojakyne/).

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 5

2. Descrierea ştiinţifică şi tehnică a rezultatelor

2.1. Proiectarea și realizarea modelului funcțional al vestei deprotecție balistică pentru personalul feminin

2.1.1. Aspecte preliminareVesta antiglonț protejează purtătorul faţă de efectele impactului balistic,

conform destinaţiei, permițându-i acestuia să execute activitățile specifice îndeplină siguranță.

Vesta antiglonț se compune din pachete multistrat de materiale curezistență balistică (blindaje), introduse în huse din material rezistent la uzurăşi intemperii.

Produsul se prezintă sub forma unei veste de protecție care acoperă deregulă pieptul şi spatele, până la talie. În funcție de model, protejează şiabdomenul, gâtul, umerii.

Vesta trebuie să fie funcţională, să se îmbrace şi să se ajusteze rapid cuajutorul benzilor elastice, capselor şi fermoarelor de contact.

Opţional poate fi prevăzută cu diverse buzunare utilitare. Ea trebuie să fieestetică şi lejeră.

Husa exterioară se confecţionează din materiale rezistente, uşoare, cuaspect plăcut şi într-o gamă variată de culori.

Pentru creşterea nivelului de protecţie a organelor vitale din zonatoracelui, vesta poate fi prevăzută cu buzunare speciale în care se introduc plăcisuplimentare de protecţie balistică.

Pentru a proiecta modelul funcțional al produsului au fost studiate dateleantropometrice obținute în etapa anterioară, necesare pentru a reflectadimensiunea și forma corpurilor soldaților de sex feminin, cu un accentdeosebit pe bust, lungimea trunchiului și pe umeri.

Unele dintre caracteristicile acestui produs sunt: O lățime redusă a umerilor Piept ajustabil Talie și curburi corelate Lungime maximă mărită pe partea din față și din spate a uniformei Lungimea și lățimea mânecii ajustate.

Performanţele de bază ale vestei antiglonţ se menţin timp îndelungatdatorită calităţilor deosebite ale materialelor din componenţa sa caracterizateprin: rezistenţa mecanică, stabilitate chimică, rezistenţă termică şi rezistenţă laintemperii.

Vesta antiglonţ trebuie să permită îndeplinirea misiunilor specificepurtătorului, în deplină siguranţă: să fie comodă, să se îmbrace simplu şi rapid,să permită purtarea obiectelor din dotare, să nu incomodeze şi să nu limiteze înnici un fel mişcările purtătorului, atât în poziţie verticală, cât şi culcat sauşezând.

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 6Pentru realizarea confortului anatomic, vestele de protecție balistică

destinate personalului feminin trebuie să fie predeformate în zona sânilor.Tehnologic această situație este posibilă prin utilizarea unei matrițe de

deformare la cald, care în prezența unui agent chimic compatibil cu țesăturaaramidică, de exemplu un poliglicol cu grad ridicat de polimerizare, să realizezeo matrice permanent deformată, identică la toate straturile pachetului balistic,astfel încât să nu fie afectat gradul de protecție balistică concomitent curealizarea unei presiuni scăzute asupra sânilor purtătoarei.

Procesul se realizează la temperatură și presiune, aproximativ 10 bari si80 ⁰C.

2.1.2. Realizare matrițeiNoutatea realizării acestui tip de echipament este faptul că se dorește

compatibilitatea anatomică a insertului cu purtătoarea pentru a asiguraconfortul acesteia. Pentru a se realiza această compatibilitate s-a plecat de la oscanare 3D (Fig. 1).

Fig. 1 – Norul de puncte generat de scanarea 3D și mesh-ul derivat dinacestea

Primul pas după realizarea scanării 3D a fost izolarea porțiunii de interesdin norul de puncte și transformarea acestuia într-un format cu care se poatelucra într-un program CAD. Rezultatul este prezentat in Fig. 2.

Fig. 2 – Suprafața obținută în urma prelucrării norului de puncte

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 7După obținerea suprafeței din norul de puncte, se poate observa că

aceasta necesită netezire. Acesta este următorul pas (Fig. 3).

Fig.3 – Suprafața teselata a bustului

În urma netezirii suprafeței s-a obținut un bust mai mic față de celobținut prin scanare (volumul cupelor este mai mic) (Fig. 4) iar acest lucru aimpus o prelucrare suplimentară a fișierului până la obținerea unui rezultatacceptabil (Fig. 5).

Fig. 4 – Comparație între suprafața inițială și cea netezită (teselata)

Fig. 5 – Comparația între suprafața finală și cea inițială

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 8Cu ajutorul suprafeței finale, s-au realizat doua volume pentru realizarea

unei matrițe: unul reprezentativ pentru poanson și unul reprezentativ pentruoală (Fig. 6).

Fig. 6 – Modelul CAD al poansonului (stânga) și a oalei (dreapta)

Datorita formei complexe a matriței s-a luat decizia ca modelele CAD safie secționate în secțiuni de grosimea de 4mm (Fig. 7) iar apoi prin asamblareaacestora se va obține forma matriței (Fig. 8).

Fig. 7 – Desenul secțional al poansonului

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 9

Fig. 8 – Asamblarea matriței

2.1.3. Realizarea și testarea produsuluiCu ajutorul matrițelor, al materialelor și al tehnologiilor partenerului

industrial au fost realizate 5 produse (prezentate în fig. 9), ce au fost testate înpoligonul de teste balistice al CO.

Fig. 9 - Modelul funcțional al vestei de protecție balistică pentru personalulfeminin

Produsul a fost testat pentru rezistența la gloanțe, conform aceluiașistandard (NIJ 0101.04) ca și echipamentele similare existente în înzestrare.

Rezistența la gloanțe a fost corespunzătoare nivelului de protecție IIIA, celmai mare nivel de protecție pentru materiale flexibile, fără adaosuri de plăciceramice, la fel ca și vestele de protecție balistice unisex aflate în înzestrare.

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 10

2.2 Verificarea conformităţii modelului funcţional curezultatele studiului antropometric

2.2.1. Elaborarea documentației pentru definirea mărimii cupei vesteibalistice

Din datele antropometrice primare rezultate din scanările eșantionuluipilot, s-au extras acele dimensiuni de corp necesare în proiectarea vestei deprotecție balistică.

Metoda actuală utilizată în industria de îmbrăcăminte pentru adetermina dimensiunea cupei de sutien a fost stabilită pe baza diferențeidintre circumferința trunchiului sub-bust și peste-bust, măsurători liniareorizontale care se transformă în mărimea cupei de sutien.

Pentru eșantionul pilot s-a trasat diagrama de dispersie care ilustrează"răspândirea" de puncte de date pentru o anumita dimensiune de corp. Când odimensiune este reprezentată în funcție de o altă dimensiune se poate vedearelația, sau corelarea între acestea.

Diagrama de dispersie și corelația între cele 2 dimensiuni de corp suntprezentate în figura 10. Considerăm ca variabila ce poate fi măsurată(determinată) cu precizie, numită variabilă independentă, circumferințabustului și am fost interesați de modul cum cealaltă variabilă (numită variabilădependentă), circumferința sub-bust, depinde de aceasta. Rezultatul moduluiîn care cele doua seturi de date covariaza (variază împreună) este dreapta deregresie.

Fig. 10 - Diagrama de dispersie si dreapta de regresie

Dimensiunile antropometrice necesare pentru proiectarea vestei balisticesunt prezentate în tabelul următor:

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 11

ID Scan Imagine scanata Descriere4080 Lungimea conturului de la baza gâtului

spre vârful bustului, pe partea stângă

4081 Lungimea conturului de la baza gâtuluispre vârful bustului, pe partea dreaptă

4020 Lăţimea feţei între punctele axilareanterioare

4030 Distanta intre punctele mamelonare

4510 Perimetrul bustului măsurat pestepunctele mamelonare ( în plan orizontalde secţionare paralel cu suprafaţa dereferinţă)

4520 Perimetrul sub-bust măsurat în planorizontal paralel cu planul de referinţă,la baza sânilor (numai pentru femei)

4060 Lungimea de la gropiţa sternală până latalie, pe axa mediană a feţei, cu luarea înconsiderare a proeminenţei bustului (numai la femei)

5050 Arcul vertical al spatelui, măsuratmasurat de la punctul de la baza gâtului, peste omoplaţi până la talie(stanga)

5051 Arcul vertical al spatelui, măsurat de lapunctul de la baza gâtului , pesteomoplaţi până la talie(dreapta)

4040 Lungimea masurata de la baza gâtului,peste bust până la talie, pe parteadreapta

5040 Lungimea spatelui masurata de lapunctul cervical până la talie (cod 6510)

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 126510 Perimetrul taliei măsurat la poziţia

firească pe corp; se măsoară în planorizontal paralel cu planul de referinţă. (se măsoară cu precădere la femei)

Grupa de vârstă a eșantionului pilot supus anchetei antropometrice afost de 18-23 ani. Distribuția mărimii cupei la eșantionul pilot este prezentataîn fig. 11.

Fig. 11 - Distribuția mărimii cupei pe eșantionul analizat

Se observă că în eșantionul pilot anchetat, cel mai mare procent îlreprezintă mărimea cupei C (32%), urmat de mărimea B (30%) și mărimea A(25%). Exemple de avatar cu cele 3 mărimi de cupă sunt prezentate în fig. 12.

Fig. 12 - Avatar reprezentativ pentru mărimea cupei A (stânga),B (mijloc) și C (dreapta)

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 13

Desemnarea mărimii vestei balistice este prezentată în tabelul de mai jos:

Dimensiuni de corp Mărimea vestei balisticeCircumferințabustului, cm

Circumferințataliei, cm

Mărime CupaMărimecupa

Observații

87-89 68-72 S A Pentru sutien 75,cupa A

89-91 68-72 B Pentru sutien 75,cupa B

91-93 73-78 M C Pentru sutien 75,cupa C

Modelul funcțional s-a realizat pentru mărimea S cupă A, în conformitatecu dimensiunile antropometrice ale acestei mărimi.

Modelul funcțional fizic s-a realizat de către partenerul SC STIMPEX SAîn doua variante: Stratul interior din tricot 3D cu masa de 756 g/m2 și grosimea de 6,31mm urmat de pachetul de protecție balistică nr. 1 cu grosime de 5,93 mm și4000 g/m2 ( format din 20 straturi de țesatură Twaron CT 709); Stratul interior din tricot 3D cu masa de 756g/m2 și grosimea de 6,31 mmurmat de pachetul de protecție balistică nr. 2, cu grosime de 2,7 mm și 1800g/m2 (format din 9 straturi de țesătura Twaron CT 709 ).

Matrițele pentru preformarea pachetului balistic s-au realizat dupăformele 3D ale părților anterioare ale trunchiului avatarurilor ce corespundmărimii S cupă A și B și mărimii M cupă C, Fig. 13.

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 14

Cupa A Cupa B Cupa C

Fig. 13: Forme 3D ale părților anterioare ale trunchiuri avatar a) mărime Scupă A, b) mărime S cupă B, c) mărime M cupă C

Etapele realizării prototipului virtual și verificării conformitățiiacestuia prin simulare 3D pe un avatar din baza de date a eșantionului pilotanchetat sunt următoarele:

Proiectarea 2D a tiparelor pe baza datelor din tabelul dimensional almodelului și în corelație cu dimensiunile reale ale vestei de protecție balisticăs-a realizat cu software-ul Pattern Design Software (PDS) de la OPTITEX.

Simularea modelului funcțional al vestei balistice pe modelul 3Dparametrizat sau pe avatar se face cu ajutorul software-ului Optitex 3D Suite.Tiparele 2D realizate cu software-ul PDS se amplasează pe modelulparametrizat (avatar) și se definesc tipurile de cusături pentru asamblareavirtuală, simulând coaserea acestora. Reperele se deformează în funcție deforma corpului uman.

Caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor ce întra în componențavestei balistice, exprimate în parametri Optitex, sunt prezentate în tabelul demai jos:

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 15

Caracteristici/Variante pachetemateriale

Grosime,mm

Masa,g/m2

Rigiditatedyn* cm

Elasticitategf/cm

Rezistentala frecarepe corp

Tricot 3D 6,31 756 4 000 200 0,5Pachet balistic 1 5,93 4 000 40 000 100 000 0,2Pachet balistic 2 2,70 1 800 18 000 100 000 0,2

Evaluarea modului de potrivire al produsului pe corp si analizaaspectului acestuiaDupă ce s-a finalizat procesul de simulare 3D al produsului, se analizeazăaspectul produsului și modul in care acesta se așează pe suprafața corpului(potrivirea lui sau corespondența produs-corp) utilizând anumite instrumentevizuale, cum ar fi: distanța dintre materialul textil și suprafața corpului,tensiunile dezvoltate în materialul textil și modul de orientare al acestora. Simularea vestei realizata din tricot 3D pe avatarul cu dimensiunilemarimii S cupa A este prezentata in fig. 14.

Fig. 14 - Simularea vestei din tricot 3D pe avatarpentru verificarea potrivirii pe corp

Simularea vestei pe avatar pentru verificarea si evaluarea potrivirii corp -produs evidențiază o presiune exercitată de vestă pe zona sânilor și pe omoplațide 6,40 gf/cm2 (zona de culoare roșie ). Se apreciază că aceasta presiuneprovine din poziția puțin adusă de umeri a avatarului.

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 16Vizualizarea 3D a vestei ca plasă de triunghiuri arată că vesta este

apropiată de corp și îmbracă bine sânii. In spate intre omoplati este usordepartata de corp, din acelasi motiv al posturii incorecte a avatarului.

Simularea vestelor realizate din pachetul balistic 1 și din pachetulbalistic 2, îmbrăcate peste vesta din tricot 3D sunt prezentate în fig. 15 și16.

Fig. 15 - Simularea vestei realizată din pachetul balistic 1 pe avatar pentruverificarea potrivirii pe corp

Simularea aspectului vestei din pachetul balistic 1 pe avatar, fig.15 nearată că vesta realizată din pachetul balistic 1 este mai scurtă decât vesta dintricot. Simularea vestei pe avatar pentru verificarea și evaluarea potrivirii corp-produs ne indică o presiune exercitată de vestă pe zona umerilor de 150,3gf/cm2 (zona de culoare roșie). Apreciem ca aceasta presiune provine dingreutate mare a pachetului balistic.

Vizualizarea 3D a vestei ca plasă de triunghiuri arată că vesta esteapropiata de corp, îmbracă bine sânii, cu excepția amansurii, unde este largă.

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 17

Fig. 16 - Simularea vestei realizata din pachetul balistic 2 pe avatar pentruverificarea potrivirii pe corp

Simularea aspectului vestei realizată din pachetul balistic 2 pe avatar,fig.16 ne arată că vesta din pachetul balistic 2 este mai scurtă decât vesta dintricot.

Simularea vestei pe avatar pentru verificarea și evaluarea potrivirii corp-produs ne indică o presiune exercitată de vesta pe zona umerilor de 107,4gf/cm2 (zona de culoare roșie), mai mică decât presiunea exercitată de vesta dinpachetul balistic 1. (Valoarea mai mică cu circa 30% a presiunii exercitate devesta în zona umerilor este justificată de greutatea mai redusă a pachetuluibalistic 2).

Vizualizarea 3D a vestei ca plasa de triunghiuri arată că vesta esteapropiată de corp, îmbracă bine sânii, cu excepția amansurii unde este larga.

Ca si o concluzie a evaluării modului de potrivire al produselor pe corp șia analizei aspectului acestora: tiparele vestei din pachetul balistic 1 și pachetul balistic 2 trebuiemodificate prin creșterea lungimii feței și spatelui vestei; reverificarea tiparelor vestei din pachetul balistic 1 și creșterea adaosuluide lejeritate; reverificarea simulării și o nouă evaluare a corespondenței corp-produs

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa II-2015 18

3. Rezultate obţinute

Din punct de vedere al corelaţiei dintre rezultatele obţinute şi activităţileetapei II din cadrul proiectului, considerăm că acestea sunt în deplinăconcordanţă cu obiectivele specifice ale etapei.

Astfel, în perioada de derulare a etapei au fost realizate studii şia. Specificație de dezvoltare pentru produsul ”Vestă de protecție balisticăpentru personalul feminin”.b. Studiu privind verificarea conformităţii modelului funcţional cu rezultatelestudiului antropometric.c. Plan de testare și Raport de testare pentru modelul funcțional al produsului”Vestă de protecție balistică pentru personalul feminin”.d. 5 Veste de protecție balistică, model funcțional, pentru personalul feminin.

Sintetic, indicatorii de proces şi cei de rezultat specifici proiectului suntprezentaţi în tabelul următor.Indicatori de proces Valoarea investiţiilor în echipamente pentru proiecte 20.000 lei

Numărul de întreprinderi participante 1Numărul de IMM participante 1

Indicatori de rezultat Numărul de articole publicate sau acceptate sprepublicare în fluxul ştiinţific principal internaţional

0

Factorul de impact relativ cumulat al publicaţiilorpublicate sau acceptate spre publicare

0

Numărul de citări normalizat la domeniu alpublicaţiilor

0

Numărul de articole/comunicări publicate sauacceptate spre publicare în reviste sau conferinţe fărăcotaţie ISI

2

Numărul de studii şi documentaţii elaborate în cadrulproiectului

3

Produse (model funcțional) 5Numărul de cereri de brevete de invenţie înregistrateîn urma proiectului, din care:

0

- naţionale 0- internaţionale 0

Ponderea contribuţiei financiare private la proiect 15,13 %Valoarea contribuţiei financiare private la proiect 65.579 lei

Director proiectCpt.dr.ing.

Teodora ZECHERU