Alümina seramik ön yüzlü polietilen destekli zırh malzemesinin balistik davranışının deneysel ve sayısal analizi
Experimental and numerical analysis of ballistic behaviour of alumina ceramic faced and polyethylene reinforced armour material
Yazar: MEHMET AKİF AKDOĞAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. OSMAN SELİM TÜRKBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Savunma teknolojileri, tarih boyunca ülkelerin siyasi ve ekonomik anlamda gücünü belirleyen önemli etkenlerden biri olmuştur. Bu teknolojilerin en önemlisi ise askeri ve sivil personeli korumak amacıyla kullanılan zırh sistemleridir. Uzun yıllar boyunca zırh malzemesi olarak metaller ve alaşımları kullanılmıştır. Ancak zamanla gelişen askeri hücum gücü ve mermi teknolojisi nedeniyle alışılagelmiş zırh yöntemleri etkinliğini kaybetmiştir. Bu nedenle hızla gelişen savunma uygulamalarına yönelik değişik mekanik özelliklere sahip yeni malzemeler geliştirme ihtiyacı doğmaktadır. Bu tez kapsamında, alümina (Al2O3) seramik önyüzlü ve ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen (UHMWPE) destek tabakalı kompozit bir zırh sisteminin 7,62 mm x51 mm (AP) zırh delici mermisine karşı balistik testleri yapılmış ve meydana gelen hasar yapıları incelenmiştir. Ayrıca deneyleri yapılan zırh sistemi ve merminin yüksek hızlı darbe sonucu oluşan davranışları Autodyn programı yardımıyla modellenmiş, analiz sonuçları gerçekleştirilen deneysel çalışmalarla karşılaştırılmış ve yorumlanmıştır. Tez kapsamında yapılan balistik testler Nurol Teknoloji A.Ş. laboratuvarları bünyesinde gerçekleştirilmiştir. Belirlenen zırh kombinasyonunun balistik testler sonucu koruma performansının yeteri kadar yüksek olduğuna ve saha kullanımı için uygun bir seçim olacağına kanaat getirilmiştir. Ayrıca analizlerde elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırıldığında, oluşan kırılma konisi; hasar büyüklüğü ve yapısı; çatlak yayılımı; mermi hasarı; arka destek katmanındaki göçük miktarı gibi bir çok özellik bakımından birbirlerine mükemmele yakın şekilde uyum sağladığı görülmüştür.  Bu tez kapsamında yer alan deneysel çalışmaların ve oluşturulan sayısal modelin de literatüre başka bir bakış açısı sağlaması, ileride yapılacak çalışmalara bir altyapı sağlaması beklenmektedir.

Abstract:
Throughout history, defense technologies have always been one of the factors defining the political and economic power of the states.  The most important of these technologies has been the armour systems utilized for the defense of the military and civilian personel. For years on end, metals and their alloys have been used as armour material. However, due to the improving strength of military offence and bullet technology, the conventional armour methods have lost their effectiveness. Thus, the necessity to develop new equipment with different mechanical features for rapidly developing defense practices has arisen. Within the scope of the dissertation, the ballistic tests of a composite armour system with a support layer of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) and an alumina (Al2O3) ceramics face were conducted against the 7.62mm x51mm armour piercing (AP) bullet and the damage patterns were analyzed. Also, the behavior of the bullets in high speed impact and the armour system that was experimented were modeled with the help of Autodyn program. The results of the analysis were compared to the conducted experiments and commented upon. The ballistic tests within the extent of the dissertation were conducted within Nurol Technologies Inc. laboratories. It was decided by the ballistic test that the protective performance of the given armour combination is high enough and is a suitable choice for field application. Additionally, when the results from the analysis were compared to those of experiments, it was observed that they were almost perfectly compatible regarding many features such as occurring fracture cone; damage size and structure; crack expansion; bullet damage; size of the dent in the back support layer. The experimental works and the produced numerical modal within the scope of this dissertation are expected to provide the literature with a new perspective and the further studies with a foundation.