Rediseño y optimización del proceso de fabricación de una prenda de protección balística

Abstract

[ES] El tema propuesto para este Trabajo de Fin de Grado es el de un rediseño de un chaleco antibalas, el cual se ha centrado en la comparativa entre dos materiales usados en la actualidad: fibra de poliparafenileno tereftalamida, también conocido como Kevlar, y fibra de polietileno de ultra alto peso molecular, también con nombrado como UHMWPE por sus siglas en inglés. Se ha pretendido comprobar si el UHMWPE presente unas prestaciones mejoradas para su uso en este tipo de prendas y ofrece otras cualidades atractivas para dicha aplicación, como, por ejemplo, una disminución de la masa del chaleco, en comparación con el tradicional chaleco de Kevlar. El presente proyecto contempla diversas disciplinas en el ámbito de la Ingeniería Mecánica: prediseño y optimización de diseños mediante análisis y simulaciones, estudio de deformaciones, dimensionamiento final, selección de materiales, pre-estudio de fabricación y pre-análisis de costes. El análisis principal de este proyecto se ha realizado mediante simulaciones por el Método de Elementos Finitos (FEM) con el software Ansys Workbench, además de haberse recopilado gran parte de la información relativa a la selección de materiales y de procesos de fabricación a través del software Granta EduPack. Todo ello ha permitido realizar la comparativa de materiales y corroborar que el UHMWPE es una alternativa algo más resistente, más ligera y su fabricación a gran escala es rentable económicamente.

[EN] The topic proposed for this Final Degree Project is the redesign of a bulletproof vest, which has focused on the comparison between two materials currently used: polyparaphenylene terephthalamide fibre, also known as Kevlar, and ultra-high molecular weight polyethylene fibre, also known as UHMWPE. The aim was to test whether UHMWPE has improved performance for use in this type of garment and offers other attractive qualities for this application, such as a reduction in the mass of the waistcoat compared to the traditional Kevlar waistcoat. This project contemplates various disciplines in the field of Mechanical Engineering: predesign and optimisation of designs by means of analysis and simulations, study of deformations, final sizing, selection of materials, pre-study of manufacture and preanalysis of costs. The main analysis of this project has been carried out by means of Finite Element Method (FEM) simulations with Ansys Workbench software, in addition to compiling a large part of the information relating to the selection of materials and manufacturing processes using Granta EduPack software. All this has allowed the comparison of materials and corroboration that UHMWPE is a slightly stronger, lighter alternative and that its largescale manufacture is economically profitable.

[CA] El tema proposat per a aquest Treball de Fi de Grau és el d'un redisseny d'un jupetí antibales, el qual s'ha centrat en la comparativa entre dos materials usats en l'actualitat: fibra de poliparafenilen tereftalamida, també conegut com Kevlar, i fibra de polietilé d'ultra alt pes molecular, també amb nomenat com UHMWPE per les seues sigles en anglés. S'ha pretés comprovar si el UHMWPE presenta unes prestacions millorades per al seu ús en aquesta mena de peces i ofereix altres qualitats atractives per a aquesta aplicació, com, per exemple, una disminució de la massa del jupetí, en comparació amb el tradicional jupetí de Kevlar. El present projecte contempla diverses disciplines en l'àmbit de l'Enginyeria Mecànica: predisseny i optimització de dissenys mitjançant anàlisis i simulacions, estudi de deformacions, dimensionament final, selecció de materials, pre-estudi de fabricació i pre-anàlisi de costos. L'anàlisi principal d'aquest projecte s'ha realitzat mitjançant simulacions pel Mètode d'Elements Finits (FEM) amb el programari Ansys Workbench, a més d'haver-se recopilat gran part de la informació relativa a la selecció de materials i de processos de fabricació a través del programari Granta EduPack. Tot això ha permés realitzar la comparativa de materials i corroborar que el UHMWPE és una alternativa una mica més resistent, més lleugera i la seua fabricació a gran escala és rendible econòmicament