An analytical review of perforation statistics – using aluminium as witness plates in perforation experiments

Abstract

This report documents the statistical methods that are used in perforation experiments at the Norwegian Defence Research Establishment (FFI). We also introduce new (or at least unused) statistical methods, which have certain advantages over the ones we currently employ. A concrete example is the receiver operating characteristic curves (ROC curves) and corresponding classification tables, which provide a much more direct method to evaluate the goodness of fit compared to the more conventional pseudo-𝑅² measures. The ROC curves take multiple additional details into account (such as true positives and negatives and false positives and negatives) that 𝑅² measures do not when evaluating model performance. It is therefore a more reliable goodness of fit metric. We recommend using both 𝑅² and ROC methods to supplement each other. As an example of the application of the various statistical methods, we evaluate whether a 0.5 mm aluminium plate is suitable as a witness plate in perforation experiments. We find that the aluminium plate is suitable as a witness plate for shots against skin simulants modelling the abdomen and back. For other target locations, such as the thorax, thigh, or buttocks, we find that it is necessary to use plates that are more easily perforated. Both the 𝑅² measures and the ROC curves indicate that the experimental model has a high goodness of fit.

Denne rapporten dokumenterer de nåværende statistiske metodene som blir brukt i perforeringseksperimenter ved Forsvarets forskningsinstitutt. I tillegg introduseres nye (eller i hvert fall ubrukte) statistiske metoder som har visse fordeler sammenlignet med metodene som blir benyttet per dags dato. Et konkret eksempel er ROC-kurver (opprinnelig «kurver for en mottakers operasjonskarakteristikk » – receiver operating characteristic curves – men nå brukt i overført betydning) med tilhørende klassifikasjonstabeller, som lar oss mer nøyaktig bedømme modellegnethet enn om vi utelukkende hadde brukt mer konvensjonelle pseudo 𝑅²-mål. Selv om ROC-kurvene inneholder mer informasjon (som sanne positiver og negativer og falske positiver og negativer) enn 𝑅²-målene, anbefaler vi at begge metodene brukes for å supplere hverandre. Som et konkret eksempel på anvendelser av de nye og eldre statistiske metodene studerer vi egenskapene til en 0,5 mm aluminiumsplate for å finne ut om den egner seg som vitneplate i perforeringseksperimenter. De statistiske resultatene tilsier at aluminiumsplaten egner seg godt som vitneplate for skudd mot hudsimulanter som representerer mageregionen og rygg. For andre mål, som brystkassen og lår, trengs det tynnere vitneplater. Både 𝑅²-målene og ROC-kurvene indikerer at den eksperimentelle modellen gir resultater som samsvarer godt med dataene.