Fonksiyonel kademelendirilmiş plakalar ile takviyelendirilmiş bal peteği sandviç yapıların balistik performansının incelenmesi
Investigations on ballistic performance of honeycomb sandwich structures reinforced by functionally graded plates
Yazar: KEMAL ARSLAN
Danışman: DOÇ. DR. RECEP GÜNEŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Balistik ve zırh sistemleri üzerine yapılan bilimsel çalışmalar ve hızla gelişen malzeme teknolojisi ile birlikte zırh sistemlerinin tasarımı sürekli olarak gelişmektedir. Bu çalışmada, konsept olarak düşünülen ve fonksiyonel kademelendirilmiş plakalar ile alüminyum bal peteği kullanılarak oluşturulan bir sandviç yapı tasarlanmış ve balistik performansı araştırılmıştır. Fonksiyonel kademelendirilmiş malzemeler genellikle seramik-metal bileşenlerinden oluşan çok katmanlı ve belirli bir konumda malzeme kompozisyonunun sürekli olarak değiştiği yapılardır. Buna ek olarak, bu çalışmada fonksiyonel kademelendirilmiş plakalar bal peteği ile birleştirilmiştir. Bu tez çalışmasında, fonksiyonel kademelendirilmiş plakalar ile takviyelendirilmiş bal peteği sandviç yapıların balistik performansı, oluşan hasar mekanizmaları ve deformasyon geometrileri açısından sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Sayısal modelleme, APDL (Ansys Parametric Design Language) kullanılarak LS-DYNA sonlu elemanlar programında geliştirilmiştir. Deneysel çalışmalar ise tek kademeli gaz silah sistemi (gas gun) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Fonksiyonel kademelendirilmiş plakaların seramik zengin yüzeyleri aynı yönlü olacak şekilde ve darbeyi ilk karşılayacak şekilde konumlandırılmıştır. Fonksiyonel kademelendirilmiş plakaların malzeme kompozisyonundaki değişimin sandviç yapının balistik performansına etkisi araştırılmış ve sayısal-deneysel sonuçların uyumluluğu incelenmiştir. Fonksiyonel kademelendirilmiş plakalar ve alüminyum bal peteği ile oluşturulan sandviç yapılar, plakaların farklı malzeme kompozisyonlarında gerçekleştirilen balistik test ve sayısal analizler sonucu ilerleyen çalışmalar için olumlu sonuçlar vermiştir. Plakaların lineer karışıma sahip olması durumunda sandviç yapı diğer malzeme kompozisyonlarına (metal yoğun ve seramik yoğun) göre daha yüksek balistik direnç göstermiştir. Geliştirilen sonlu elemanlar modeli kabul edilebilir hatalar çerçevesinde metal yoğun ve seramik yoğun malzeme kompozisyonları için deneysel sonuçlar ile uyumlu sonuçlar vermiştir.

Abstract:
Armor system designs develop continously in conjuction with studies on ballistic and armor systems and rapidly developing material technology. In this study, a sandwich structure which is expected as concept and formed with functionally graded plates and aluminum honeycomb, was designed and ballistic performance of this structure was investigated. Functionally graded materials as a multilayered structure generally consist of ceramic and metal constituents and the material composition varies continously in a particular position. Furthermore, functionally graded plates and honeycomb assembly in this study. In this thesis, damage mechanisms and deformation geometries of honeycomb sandwich structures reinforced by functionally graded plates were investigated both numerically and experimentally. Numerical modelling was developed in LS-DYNA® software using APDL (Ansys Parametric Design Language). Experimental researches were performed using single-stage gas gun. Ceramic-rich surfaces of functionally graded plates were positioned as the same direction and first impacted surfaces. Effect of material composition variation of functionally graded plates on the ballistic performance of sandwich structure was investigated and compatibility of numerical and experimental results was analysed. Sandwich structures which were formed with functionally graded plates and aluminum honeycomb performed positive results for the further studies according to experimental tests and numerical analyses. Sandwich structure with linear material composition functionally graded plates performed higher ballistic resistance than other material composition (metal-rich and ceramic-rich). Good correlation between experimental tests and numerical analyses was achived in terms of damage mechanisms, deformations and stopping the projectile for metal-rich and linear material compositions.