Seramik Ön Yüzlü Çelik Zırhlarda Balistik Hasar Sonrası Çelik Kısmında Oluşan Deformasyonun İncelenmesi

Yıl 2021, , 68 - 95, 12.04.2021

Barış Kalaycıoğlu Alemdar Ongun

https://doi.org/10.17134/khosbd.913681

Öz

Günümüzde birçok çalışma konusunda olduğu gibi, zırh tasarımında da sayısal analizler, balistik deney imkânlarının azlığı ve bir hayli maliyetli olması sebebiyle öncelikli olarak tercih edilir hale gelmiştir. Ancak sayısal analizler ile deneysel sonuçların örtüşmesi, sayısal analizlerin doğrulanması açısından oldukça önemlidir. Bu çalışmada, uygun malzemelerle geliştirilmiş seramik ön yüze sahip çelik zırh sisteminin 7,62 mm kalibreli mermi darbesi sonucu arka yüzeyindeki çelik plakada oluşan plastik deformasyon durumu analitik ve sayısal analizler yardımıyla incelenmiş ve balistik deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Zırh sisteminde seramik ön yüzey için 10 mm kalınlığında Alümina (Al2O3) altıgen seramikler kullanılmış ve arka yüzey için S235JR çeliğinden üretilmiş 6 mm kalınlığında plaka tercih edilmiştir. Analitik hesaplamalarda çelik plakada oluşan deformasyona ait sehim eğrisi matematiksel model yardımıyla hesaplanmış ve Matlab programında geliştirilen bir ara yüz ile çizdirilmiştir. Matematiksel modelin oluşturulmasında toplam plastik gerinim enerjisi ve efektif gerilme-gerinim denklemlerinden yararlanılmıştır. Çelik plakanın mermi darbesine karşı göstermiş olduğu balistik davranışın sayısal analizleri Ansys/Explicit Dynamic (17.1) sonlu eleman programında gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizde çelik malzeme modeli olarak yüksek hızlarda plastik şekil değişimine imkân sağlayan Johnson-Cook malzeme modeli, seramik malzeme modeli olarak ise Johnson-Holmquist malzeme modeli seçilmiştir. Seramik ön yüzlü çelik zırh sisteminin balistik deneyleri, sayısal analiz modeline uygun olarak üretilen zırh numunesi üzerinde gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda çelik plakada oluşan sehim eğrileri ve maksimum deformasyon değerleri deney sonuçları ile ayrı ayrı karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre tüm yöntemlerde sehim eğrilerinin uyum içinde olduğu, plakada oluşan maksimum deformasyon için analitik sonuçların %15, sayısal sonuçların ise %14 farkla deneysel sonuçlara yakınsadığı gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Balistik, Tabakalı Zırh, Seramik Zırh, Johnson-Cook, S235JR

Kaynakça

• Army, U. (1965). Interior Ballistics of Guns. Engineering Design Handbook: Ballistics Series, United States Army Materiel Command.
• Crouch, I. (2016). The science of armour materials. Woodhead Publishing.
• Hosford, W.F. (2010). Solid mechanics. Cambridge University Press.
• Hosford, W.F., & Caddell, R.M. (2011). Metal forming: mechanics and metallurgy. Cambridge University Press.
• The Editors of Encyclopædia Britannica. (2017). T.E.O.E.
• Gable Z., Hurley J., Chojnicki T. Wyka J., (2007). The Science of Ballistics, Physics 001, Lecture Note.
• The Editors of Encyclopædia Britannica. (2017). T.E.o.E.
• Timoshenko S., (1959), Theory of Plates and Shells, McGraw-Hill Book Company.
• Al-Qureshi, H.A., & Ishikura, D. (1998). Study of perforation of metals and composite materials paltes by projectile. Inżynieria Materiałowa, 19(3), 544–547.
• Ballistic Resistant Protective Materials, (1985) NIJ Standard 0108.01. U.S., Department of Justice, National Institute of Justice, U.S. Department of Justice, Washington, DC 20531.
• Candan, C. (2005). Kompozit zırh imalat parametrelerinin terminal balistik özellikler üzerine etkileri. Selçuk Üniversitesi, Konya.
• Cazamias, J. U., & Bless, S. J. (1997). Scaling effects in penetration: a Taylor test approach. Le Journal de Physique IV Colloque, 07 (C3), pp.C3-115-C3-120.
• Crouch, I. (2016). The science of armour materials. Woodhead Publishing.
• Goncalves, D. P., De Melo, F. C. L., Klein, A. N., & Al-Qureshi, H. A. (2004). Analysis and investigation of ballistic impact on ceramic/metal composite armour. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 44(2–3), 307–316.
• Iqbal, M.A., Diwakar, A., Rajput, A., & Gupta, N.K. (2012). Influence of projectile shape and incidence angle on the ballistic limit and failure mechanism of thick steel plates. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 62, 40–53.
• Iqbal, M.A., Senthil, K., Sharma, P., & Gupta, N.K. (2016). An investigation of the constitutive behavior of Armox 500T steel and armor piercing incendiary projectile material. International Journal of Impact Engineering, 96, 146–164.
• Johnson, G.R., & Cook, W.H. (1985). Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures. Engineering Fracture Mechanics, 21(1), 31–48.
• Kılıç, N. (2014). Development of Multi-Layer Ballistic Armor Panel with Simulation and Ballistic Tests. Marmara University.
• Small Arms Ammunition 7.62 mm, NATO - STANAG 2310, (1976).
• Solid186, in ANSYS® Release 17.1, Help System, Mechanical APDL, Element Reference, Element Library: ANSYS, Inc.
• Wang, Q., Chen, Z., & Chen, Z. (2013). Design and characteristics of hybrid composite armor subjected to projectile impact. Materials & Design, 46, 634–639
• Tria, D.E., & Trębiński, R. (2017). Methodology for experimental verification of steel armour impact modelling. International Journal of Impact Engineering, 100, 102–116.
• Verleysen, P., Peirs, J., Van Slycken, J., Faes, K., & Duchene, L. (2011). Effect of strain rate on the forming behaviour of sheet metals. Journal of Materials Processing Technology, 211(8), 1457–1464.
• Zook, J.A., Frank, K., & Silsby, G.F. (1992a). Terminal ballistics test and analysis guidelines for the penetration mechanics branch. Army Ballistic Research Lab Aberdeen Proving Ground.
• Zook, J.A., Frank, K., & Silsby, G.F. (1992b). Terminal Ballistics Test and Analysis Guidelines for the Penetration Mechanics Branch. U.S. Army Laboratory Command.
• Gazi Fişek Fabrikası, 7,62 mmx51 (M61) Zırh Delici Fişek. https://www. mkek.gov.tr/tr/product.aspx?id=52&source=Products&pid=738.