Hava Araç Zırhlarının Bilgisayar Hesaplamalı Balistik Çarpma Analizi

Yıl 2017, Cilt: 21 Sayı: 2, 560 - 569, 23.03.2017

Seher Eken A. Kadir Yavuz , Stuart Leigh Phoenıx

Öz

Hava araç zırhlarının tasarımında hafiflik ve balistik dayanım büyük önem arz eder. Sisteme eklenen zırhlar yüzünden araç, taşıdığı paralı yükten ve manevra kabiliyetinden ödün vermemelidir. Bunun yanında, düşman ateşi altında yüksek balistik korumaya sahip olmalıdır. Zırhların geliştirilmesi aşamasında bu taleplere cevap veren hafif ve yüksek balistik mukavemete sahip malzemeler seçilerek balistik çarpmaya dayanıklı tasarımlar üretilmektedir. Bu çalışmada hava araç zırhların balistik çarpması sayısal benzetim yoluyla gerçekleştirilmiştir. Elyaf takviyeli kompozit zırhların balistik çarpma cevabi ileri sonlu farklar yöntemi ile hesaplanmıştır. Silindirik merminin bükümlü ipliklerden dokunmuş kompozit kumaşa 90°’lik açı ile dik çarpması analiz edilmiştir. Kare latislerden oluşmuş pim-eklem (pin-joints) sisteminde düğüm noktalarındaki eklemler arasındaki iplik parçaları ayrık kütle-yay-sönümleyici kullanılarak modellenmiştir. Çarpmadan belli bir süre sonra yer değiştirmeler, hızlardaki değişim, malzemede oluşan göçme miktarı hesaplanmış ve grafiksel olarak gösterilmiştir. Büküm etkisi ve ipliklerin birbirleri üzerinden kaymasının zırhın balistik performansına olan etkisi incelenerek yorumlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Hava araç zırhları, Elyaf takviyeli kompozit zırhlar; Silindirik mermi; Balistik performans; İleri sonlu farklar metodu

Kaynakça

• [1] Rakhmatulin, KhA., 1947. Impact on a flexible fiber, Prikl Mat Mekh 11, 379–82 (Rusça’dan çeviri).
• [2] Rakhmatulin, KhA., 1951. Normal impact at a varying velocity on a flexible fiber Uchenye Zapiski Moskovosk gos Univ 4, 154 (Rusça’dan çeviri).
• [3] Rakhmatulin, KhA., 1952. Normal impact on a flexible fiber by a body of given shape Prikl Mat Mekh 16, 23–24 (Rusça’dan çeviri).
• [4] Rakhmatulin, KhA., Dem’yanov, YuA., 1961. Strength Under High Transient Loads, pp 94-152 (İngilizce çevirisi).
• [5] Roylance, D., Wilde, A., Tocci, G., 1973. Ballistic impact of textile structures, Textile Research Journal, 43, 34–41.
• [6] Roylance, D., Wang, S. S., 1980. Penetration mechanics of textile structures, Ballistic Materials and Penetration Mechanics, Elsevier, Amsterdam.
• [7] Ting, C., Ting, J., Cunniff, P. M., Roylance, D., 1998. Numerical characterization of the effects of transverse yarn interaction on textile ballistic response, Proceedings of the 30th International SAMPE Technical Conference, 57–67.
• [8] Cunniff, P. M., Ting, J., 1999. Development of a numerical model to characterize the ballistic behavior of fabrics, Proceedings of the 18th International Symposium on Ballistics, San Antonio TX,15-19 November, 822-828.
• [9] Roylance, D., Chammas, P., Ting, J., Chi, H., Scott, B., 1995. Numerical modeling of fabric impact, Proceedings of the National Meeting of the American Society of Mechanical Engineers ASME, San Francisco, October.
• [10] Zeng, X. S., Tan, V. B. C., Shim, V. P. W., 2006. Modelling inter-yarn friction in woven fabric armour, Int J Numer Meth Eng 66, 1309–1330.
• [11] Zeng, X. S., Shim, V. P. W., Tan, V. B. C., 2005. Influence of boundary conditions on the ballistic performance of high-strength fabric targets, Int J Impact Eng 32, 631–642.
• [12] Tan, V. B. C., Shim, V. P. W., Zeng, X., 2005. Modelling crimp in woven fabrics subjected to ballistic impact, Int J Impact Eng 32, 561–574.
• [13] Lim, C. T., Shim, V. P. W., Ng, Y. H., 2003. Finite-element modeling of the ballistic impact of fabric armor, Int J Impact Eng 28, 13–31.
• [14] Shimek, M. E., Fahrenthold, E. P. 2015. Impact Dynamics Simulation for Multilayer Fabrics of Various Weaves, AIAA Journal, 53, 1793-1811.
• [15] Shimek, M. E., Fahrenthold, E. P. 2012. Effects of Weave Type on Ballistic Performance of Fabrics, AIAA Journal, 50, pp 2558-2565.
• [16] Phoenix, S. L., Porwal, P. K., 2003. A new membrane model for ballistic impact response and V50 performance of multi-ply fibrous systems, Int J Solids and Structures, 40, 6723-6765.
• [17] Porwal, P. K., Phoenix, S. L., 2005. Modeling system effects in ballistic impact into multi-layered fibrous materials for soft body armor, Int J Fracture, 135, 217-249.
• [18] Porwal, P. K., Phoenix, S. L., 2008. Effects of layer stacking order on the V50 velocity of a two-layered hybrid armor system, Journal of Mechanics of Materials and Structures, 3, 627-639.
• [19] Yavuz, A. K., Phoenix, S. L., Balkan, D., 2012. New Model for Interlaced Yarns in the Ballistic Impact of Flexible Body Armors, Advanced Materials Research 445, 1023-1028.
• [20] Yavuz, A. K., Phoenix, S. L., Eken, S., 2016. The Ballistic Impact Response of Flexible Composite Body Armor, American Society for Composites 31st Technical Conference and ASTM Committee D30 Meeting, September 19-22, 2016, Williamsburg, Virginia-USA.
• [21] Eken, S., Phoenix, S. L., Yavuz, A. K. 2016. Computational Model for Woven Fabrics Subjected to Ballistic Impact by a Projectile, American Society for Composites 31st Technical Conference and ASTM Committee D30 Meeting, September 19-22, 2016, Williamsburg, Virginia-USA.
• [22] Phoenix, S. L., Eken, S., Yavuz, A. K., 2016. PC-Based Numerical Modeling of Ballistic Impact into Nonwoven Fibrous Targets, American Society for Composites 31st Technical Conference and ASTM Committee D30 Meeting, September 19-22, 2016, Williamsburg, Virginia-USA.
• [23] Zhou, R., 2014. Effects of Crimp and Slip on Laminar and Woven Fabrics Subjected to Ballistic Impact, Doktora Tezi, Cornell Üniversitesi.
• [24] Bozdoğan, F., Üngün, S., Temel, E., Süpüren, Mengüç, G., 2015. Balistik Koruma Amaçlı Kullanılan Tekstil Materyalleri, Özellikleri ve Balistik Performans Testleri, Tekstil ve Mühendis, 22: 98, 84-103.
• [25] Özşahin, E., Tolun, S., 2010. Yüzey Kaplaması ve Destek Katman İlavesinin Alüminyum Levhaların Balistik Performansına Etkileri, Havacılık Ve Uzay Teknolojileri Dergisi, Cilt:4, Sayı:4, 41-50s.
• [26] Özşahin, E., Tolun, S., 2008. Havacılıkta Kullanılan Alüminyum Levhaların Yüksek Hızlı Çarpma Davranışlarının Deneysel Olarak İncelenmesi, II Ulusal Havacılık ve Uzay Konferansı (UHUK’2008) İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, 15-17 Ekim.
• [27] Oğlakcıoğlu, N., Ertekin, G., Marmaralı, A., 2014. Yüksek Performanslı İpliklerden Üretilen Örme Kumaşların Mekanik Etkilere Karşı Dayanımlarının İncelenmesi, Tekstil ve Mühendis, 21: 95, 1-8.
• [28] Novotny, W. R., Cepus, E., Shahkarami, A., Vaziri, R.,
• Poursartip, A., 2007 Numerical investigation of the ballistic efficiency of multi-ply fabric armours during the early stages of impact, Int. J. Impact Eng. 34 2007 71–88.
• [29] Shahkarami, A., 1999. A numerical investigation of ballistic impact on textile structures, Yüksek Lisans Tezi, British Columbia Üniversitesi.
• [30] ASTM International. 2008. Standard test method for yarn crimp and yarn take-up in woven fabrics. ASTM D3883-04.