Alümina, Grafen/Epoksi ve UHMWPE’ den Oluşan Çok Katmanlı Balistik Zırhın Performansının Sonlu Elemanlar Yöntemiyle İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada Alümina, Grafen/Epoksi ve Ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilenden (UHMWPE) oluşan çok katmanlı seramik/kompozit balistik zırhın 7.62x63 M2 (30-06) kalibre zırh delici (AP) mermi etkisi altındaki performansı sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmiştir. Kompozit yapıyı oluşturan Grafen/Epoksi ve UHMWPE katmanı 3 farklı kalınlıkta kullanılmıştır. Zırhın balistik özelliklerini belirlemek için LS-DYNA’da explicit dinamik analizler yapılmıştır. Johnson-Cook, Johnson-Holmquist, Composite_ Failure_Solid_Model ve Plastic_Kinematic malzeme modelleri sırasıyla mermi, seramik ve kompozit malzemeler için tanımlanmıştır. Analiz sonuçları merminin artık hızı ve zırh yapısının hasar durumu (kısmi veya tam penetrasyon) dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Toplam kalınlığı 16 mm ve 18 mm olan çok katmanlı zırhlarda çarpışma sonrası tam penetrasyon gözlenirken, 20 mm kalınlıktaki zırhta kısmi penetrasyon gözlemlenmiştir. Böylece, bu çalışmayla 20 mm kalınlıktaki zırhın NIJ 0101.06 Level IV standartlarında 7.62x63 M2 AP (30-06) mermiye karşı mevcut zırh plakalarından daha iyi koruma seviyesinde, daha dayanıklı olduğu ortaya konulmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Alümina
• Grafen/Epoksi
• UHMWPE
• 7.62x63 M2 (AP)
• Seramik/kompozit zırh

Kaynakça

1. Chabera, P., Boczkowska, A., Morka, A., Kędzierski, P., Niezgoda, T., Oziębło, A., Witek, A., 2015. Comparison of numerical and experimental study of armour system based on alumina and silicon carbide ceramics. Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences. 63(2).
2. de Oliveira Braga, F., Milanezi, T. L., Monteiro, S. N., Louro, L. H. L., Gomes, A. V., Lima Jr, É. P., 2019. Ballistic comparison between epoxy-ramie and epoxy-aramid composites in Multilayered Armor Systems. Journal of materials research and technology. 7(4), 541-549.
3. Feli, S., Asgari, M. R., 2011. Finite element simulation of ceramic/composite armor under ballistic impact. Composites Part B: Engineering. 42(4), 771-780.
4. Guo, G., Alam, S., Peel, L. D., 2021. An investigation of the effect of a Kevlar-29 composite cover layer on the penetration behavior of a ceramic armor system against 7.62 mm APM2 projectiles. International Journal of Impact Engineering. 157, 104000.
5. Hallquist, J. O., 2006. LS-DYNA theory manual. Livermore software Technology Corporation. 3, 25-31.
6. Johnson, G. R., Holmquist, T. J., 1999. Response of boron carbide subjected to large strains, high strain rates, and high pressures. Journal of applied physics. 85(12), 8060-8073.
7. Khan, M. K., Iqbal, M. A., Bratov, V., Morozov, N. F., Gupta, N. K., 2020. An investigation of the ballistic performance of independent ceramic target. Thin-Walled Structures. 154, 106784.
8. Lu, Y., Zhang, Q., Xue, Y., Liu, W., Long, R., 2020. High-velocity impact performance of aluminum and B4C/UHMW-PE composite plate for multi-wall shielding. Applied Sciences. 10(2), 721.

9. Luz, F. S. D., Lima Junior, E. P., Louro, L. H. L., & Monteiro, S. N., 2015. Ballistic test of multilayered armor with intermediate epoxy composite reinforced with jute fabric. Materials Research. 18, 170-177.
10. Oliveira, M. S., da Costa Garcia Filho, F., Pereira, A. C., Nunes, L. F., da Luz, F. S., de Oliveira Braga, F., Monteiro, S. N., 2019. Ballistic performance and statistical evaluation of multilayered armor with epoxy-fique fabric composites using the Weibull analysis. Journal of Materials Research and Technology. 8(6), 5899-5908.
11. Pereira, A. C., de Assis, F. S., da Costa Garcia Filho, F., Oliveira, M. S., da Cruz Demosthenes, L. C., Lopera, H. A. C., Monteiro, S. N., 2019. Ballistic performance of multilayered armor with intermediate polyester composite reinforced with fique natural fabric and fibers. Journal of Materials Research and Technology. 8(5), 4221-4226.
12. Prolongo, S. G., Jiménez-Suárez, A., Moriche, R., Ureña, A., 2018. Influence of thickness and lateral size of graphene nanoplatelets on water uptake in epoxy/graphene nanocomposites. Applied Sciences. 8(9), 1550.
13. Rashed, A., Yazdani, M., Babaluo, A. A., & Hajizadeh Parvin, P., 2016. Investigation on high-velocity impact performance of multi-layered alumina ceramic armors with polymeric interlayers. Journal of Composite Materials, 50(25), 3561-3576.
14. Reis, R. H. M., Nunes, L. F., da Luz, F. S., Candido, V. S., da Silva, A. C. R., Monteiro, S. N., 2021. Ballistic performance of guaruman fiber composites in multilayered armor system and as single target. Polymers. 13(8), 1203.
15. Saleem, I. A., Ahmed, P. S., Abed, M. S., 2021. Experimental and numerical investigation of Kevlar and UHMWPE multi-layered armors against ballistic impact. Materials Today: Proceedings.
16. Shen, Z., Hu, D., Yang, G., Han, X., 2019. Ballistic reliability study on SiC/UHMWPE composite armor against armor-piercing bullet. Composite Structures. 213, 209-219.
17. Tasdemirci, A., Tunusoglu, G., Güden, M., 2012. The effect of the interlayer on the ballistic performance of ceramic/composite armors: Experimental and numerical study. International Journal of Impact Engineering. 44, 1-9.
18. Tepeduzu, B., Karakuzu, R., 2019. Ballistic performance of ceramic/composite structures. Ceramics International. 45(2), 1651-1660.
19. Wang, H., Wang, J., Tang, K., Chen, X., Li, Y., 2021. Investigation on the Damage Mode and Anti-penetration Performance of B4C/UHMWPE Composite Targets for Different Incident Velocities and Angles. In Journal of Physics: Conference Series. 1855(1), 012010.
20. Wen, Y. K., Xu, C., Chen, A. J., Wang, S., 2013. Experimental and numerical study of ballistic impact performance on UHMWPE composites. In Advanced Materials Research, Trans Tech Publications Ltd. 818, 30-36.
21. Xu, Y. J., Zhang, H., Huang, G. Y., 2022. Ballistic performance of B4C/STF/Twaron composite fabric. Composite Structures. 279, 114754.