Tek fazlı ve çok fazlı akıllı akışkan emprenye edilmiş aramid, ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen ve hibrit kompozit yapıların balistik performansının incelenmesi
Investigation of the ballistic performance of single-phase and multi-phase smart fluid impregnated aramid, ultra high molecular weight polyethylene and hybrid composite structures
Yazar: KADİR MÜNİR ERCÜMEN
Danışman: DOÇ. DR. MURAT AYDIN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Sivil Havacılık Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Sivil Havacılık = Civil Aviation

Özet:
Günümüzde, askeri personel ve sivil güvenlik görevlilerinin hayatlarını tehdit eden yüksek hızlı mermilere karşı etkili bir koruma sağlamak savunma endüstrisinin öncelikli hedeflerinden biridir. Bu kapsamda zırh sistemleri balistik dayanımı artırmak ve kullanıcıların hareket kabiliyeti sağlamak amacıyla sürekli olarak geliştirilmektedir. 2000'li yılların başlarından itibaren balistik kumaşlara akıllı akışkan emprenye edilmesi ile sıvı zırh konsepti ortaya çıkmıştır. Akıllı akışkanlar, kayma gerilmesi altında ani viskozite artışı gösteren sıvılardır. Uygulanan gerilme kaldırıldığında tekrar eski formuna dönerler. Bu dikkat çekici özelliği sayesinde balistik kumaşların enerji absorbsiyonunun iyileştirilmesinde kullanılmaya başlanmıştır.
Bu çalışmada, SiO2/PEG200 ile farklı konsantrasyonlarda tek fazlı akıllı akışkanlar (TAA) üretilmiş ve aramid kumaşlara emprenye edilmiştir. Hazırlanan numunelere ortalama 670 m/s ile balistik testler yapılmıştır. Bu testler sonucunda konsantrasyonun artmasıyla birlikte balistik performansın iyileştiği görülmüştür. İlave olarak diğer yapılacak testler için optimum akıllı akışkan konsantrasyonu (AA40) seçilmiştir. AA40 içerisine farklı oranlarda silisyum karbür (SiC) eklenmesiyle çok fazlı akıllı akışkanlar (ÇAA) üretilmiştir. Belirli bir orana kadar SiC eklenmesi pozitif katkı sağlarken bu değer aşıldığı zaman enerji absorbsiyonunda azalma gösterdiği tespit edilmiştir. Kumaş çeşitlerinin balistik performans üzerindeki etkilerini araştırmak için Aramid, UHMWPE ve Hibrit kumaşlar kullanılmıştır. Aramid kumaştaki performans artış yüzdesinin diğer kumaş çeşitlerinden fazla olduğu görülmüştür. Öte yandan AA40 içeren farklı kumaş dizilim sırasına sahip hibrit numuneler üretilmiştir. Yapılan balistik testler sonucunda kumaş dizilim sırasının değiştirilmesinin balistik performansı etkilediği görülmüştür.

Abstract:
Today, providing effective protection against high-velocity projectiles that threaten the lives of military personnel and civilian security guards is one of the primary aims of the defense industry. In this context, armor systems are continuously being improved to increase ballistic resistance and provide mobility for users. Since the early 2000s, the concept of liquid armor has emerged with smart fluids impregnated into ballistic fabrics. Smart fluids are fluids that show a sudden increase in viscosity under shear stress. When the applied stress is removed, they recover their previous form. This remarkable property has led to their use in improving the energy absorption of ballistic fabrics.
In this study, single-phase smart fluids (TAA) were produced with SiO2/PEG200 at different concentrations and impregnated into aramid fabrics. The prepared samples were performed ballistic tests with an average speed of 670 m/s. As a result of these tests, it was observed that the ballistic performance improved with increasing concentration. In addition, the optimum smart fluid concentration (AA40) was selected for further tests. Multiphase smart fluids (CAA) were produced by adding silicon carbide (SiC) at different ratios into AA40. It has been determined that the addition of SiC up to a certain ratio provides a positive contribution and when this value is exceeded, energy absorption decreases. Aramid, UHMWPE and Hybrid fabrics were used to investigate the effects of fabric types on ballistic performance. It was observed that the percentage of performance increase in aramid fabric was higher than other fabric types. Hybrid samples with different fabric arrangement sequence containing AA40 were produced. As a result of the ballistic tests, it was seen that changing the fabric arrangement sequence affects the ballistic performance.