6063, 6061, 6082 alüminyum malzemeden imal edilmiş menfez yapılarında mermi çarpması sonucunda oluşan etkiler
The effects of bullet shape on the ballistic performances of 6063, 6061, 6082 aluminum alloy louvers
Yazar: SERTAÇ DEMİREZEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH USTA
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında, farklı alüminyum alaşım sınıfları (6063, 6061, 6082) baz alınarak tasarlanan menfez yapısının nümerik analiz ve deneysel çalışmalarla balistik çarpma etkisi sonucunda elde edilen tepki verileri incelenerek dayanım ve deformasyon ilişkilerinin karşılaştırılması ve değerlendirilmesi, bu sayede hangi alüminyum alaşım sınıfının sabit hızlı mermi çarpması etkisi karşı dayanımının yüksek olduğunun bulunması amaçlanmaktadır.
Araştırmada, öncelikle geliştirilen menfez tasarımında kullanılacak alüminyum sınıflarının malzeme özellikleri (akma dayanımı, kopma dayanımı, kopma uzaması vs.) belirlenmiş, daha sonra sistemin bu malzeme özelliklerine göre dayanım ve deformasyon hesapları LS-DYNA yazılımı kullanılarak sonlu elemanlar analizi ile ilgili mermi çarpması etkisi altında incelenmiştir.
Numuneler 50x50 cm boyutlarında alüminyum profillerin çevre çerçevesine vida ile bağlı olarak üretilmiştir. Çevre çerçeve ve yatay profiller alüminyum ekstrüzyon kesittir. Her menfezde sekizer adet açılı, dikeyde yaklaşık 5,5 cm aralıklarla konuşlandırılmış "S" profil bulunmaktadır. Çarpma hızı ve mermi çapı tüm modellerde sabit tutulmuştur. Analizlerde başlangıç hızı 841,2–853,5 m/sn olan 7.62 mm x 51 mm NATO Ball M80 mermi kullanılmıştır.
Balistik testler KIM Technologies - Kayseri İleri Malzemeler Balistik Test Laboratuvarı'nda 29 Eylül 2023 tarihinde gerçekleştirilmiştir. Ölçüm belirsizliği yüzde 95 Güven Aralığında, k=2 için hızda yüzde 0,667 (3,243 m/s) olarak hesaplanmıştır. Balistik atışlar 0o, 30o ve 45o derece açılarda 10 metre mesafeden yapılmış olup hız okuma mesafesi 2,5 m'dir. Sistemin davranışı deneysel çalışmalar ile desteklenerek nümerik ve deneysel sonuçlar kendi içinde kıyaslanmıştır.
Sonuç olarak sabit balistik çarpma yükü altında farklı alüminyum sınıfları kullanılarak oluşturulmuş menfez yapısının dayanım ve deformasyon değerleri karşılaştırılmış ve değerlendirilerek farklı malzemelerden üretilen menfez yapılarının balistik çarpma direnci ortaya çıkarılmıştır. Balistik test sonuçları Al-6061-T6 target malzemesinden yapılan menfezin kabul edilen deney parametreleri altında sabit hızlı mermi çarpması etkiye karşı mukavemetinin daha yüksek olduğunu göstermiş, nümerik analizler bu sonucu doğrulamıştır.

Abstract:
In the scope of this thesis, the strength and deformation relationships of a louver structure designed based on different aluminum alloy grades (6063, 6061, 6082) are investigated by analyzing the response data obtained from numerical analysis and experimental studies under constant impact loading. The aim is to compare and evaluate the strength and deformation characteristics, thus determining which aluminum alloy grade is more resistant to constant impact loading.
In the research, firstly, the material properties of the aluminum grades to be used in the developed louver design (yield strength, ultimate tensile strength, elongation at break, etc.) were determined, and then the strength and deformation calculations of the system according to these material properties were examined under impact loading through finite element (FE) analysis using LS-DYNA software.
The samples were produced by being screwed to the surrounding frame of 50x50 cm aluminum profiles. The surrounding frame and horizontal profiles are made of aluminum extrusion sections. Each vent contains eight angled "S" profiles positioned vertically at approximately 5.5 cm intervals. The impact loading and bullet diameter were kept constant in all models. A 7.62 mm x 51 mm NATO Ball M80 bullet with an initial velocity of 841.2–853.5 m/s was used in the analyses.
Ballistics tests were carried out at KIM Technologies - Kayseri Advanced Materials Ballistic Test Laboratory on September 29, 2023. The measurement uncertainty is calculated as 0.667% (3.243 m/s) at speed for k=2, at 95% Confidence Interval. Ballistic shots were made from a distance of 10 meters at 0o, 30o and 45o degree angles and the speed-reading distance was 2.5 m. The behavior of the system was supported by experimental studies, and the numerical and experimental results were compared internally.
As a result, the strength and deformation values of the louver structure created using different aluminum grades under constant ballistic impact load were compared and evaluated and the ballistic impact resistance of the louver structures produced from different materials was revealed. Ballistic test results showed that the louver made of Al-6061-T6 target material had higher resistance to constant velocity bullet impact under the accepted test parameters, and numerical analyzes confirmed this result.