Bilgisayar destekli yüksek hızlarda çarpma analizi
Use of CAD/CAE systems for impact and penetration analysis
Yazar: OSMAN İYİBİLGİN
Danışman: UZMAN ABDULLAH MİMAROĞLU
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2004
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
ÖZET Anahtar Kelimeler : CAD, CAE, Çarpma, Balistik Penetrasyon. Günümüzde silah sistemlerinin gelişmesiyle, savunma sanayindeki gelişmeler de artmıştır. Gelişmelere bağlı olarak zırh yapılan da gelişmektedir. Ancak zırh yapıların dayanımı, dışarıdan gelen tehditlere bağlı olarak değişiklikler göstermektedir. Değişik özelliklerdeki mermilerin, farklı hızlarda hedefe çarpması durumunda oluşan penetrasyon durumu farklı olmaktadır. Ancak literatür taraması sonucunda bu durumlar çok açık değildir. Prosesi detaylı olarak incelemek için deneysel çalışma tek başına yeterli değildir ve detaylı inceleme yapabilmek için bilgisayar destekli analiz gerekmektedir. Yapılan çalışma deneysel çalışmanın yanı sıra ağırlıklı olarak bilgisayar destekli analiz uygulamasıdır. Çalışmada "Bilgisayar Destekli Yüksek Hızlarda Çarpma Analizi" başlıklı konu üzerinde detaylı araştırmalar yapılmıştır. Çalışmada ağırlıklı olarak çarpma konusu ve çarpma sırasında etkili olan parametrelerin hedef üzerinde oluşturdukları deformasyon etkileri incelenmiştir. Mermi hedef etkileşimi çerçevesinde, hedef üzerinde oluşan deformasyonu etkileyen parametrelerden, mermi hızı, mermi profili, merminin hedefe çarpma açısı, hedef plakasının kalınlığı ve hedef plakasının kombinasyonu detaylı bir şekilde deneysel olarak ve SE yöntemiyle incelenmiştir. Merminin hedefe çarpma hızları 800, 1000 ve 1500m/s olarak alınmıştır. Çalışmada, deneysel çalışmada kullanılan mermi profili, dikdörtgen, silindirik ve konik (silindirik ucu sivriltilmiş) olmak üzere dört farklı profilde mermi modeli kullanılmıştır. Merminin hedefe çarpma açısının, hedef üzerinde oluşan penetrasyonu nasıl etkilediğini tespit etmek amacıyla, 0, 15 ve 30 derece çarpma açılarında analizler gerçekleştirilmiştir. Çalışmada kullanılan hedef plakaları öncelikle 10, 15 ve 20mm kalınlıklarında modellenerek analize tabi tutulmuş, daha sonra çelik, titanyum, kauçuk ve arada boşluk gibi farklı hedef malzemeleri ile laminant kompozit bir yapı oluşturularak analizler genişletilmiştir. Çalışma sonucunda, mermi hızının hedef üzerinde oluşan deformasyonu etkileyen en önemli parametrelerden olduğu tespit edilmiştir. Mermi hızının değişimine bağlı olarak hedef üzerinde oluşan deformasyon, orantılı bir şekilde değişmektedir. Ayrıca merminin hedefe çarpma açısının dik çarpma konumundan uzaklaşmasıyla hedef üzerinde oluşan deformasyon azalmaktadır. Bunların yanı sıra, farklı hedef kombinasyonları için yapılan analizler sonucunda arada hava boşluğunun olduğu kombinasyon en verimli sonucu vermiş ve hedef üzerinde oluşan hasan azaltacak yönde etkileri tespit edilmiştir. Genel olarak çalışma sonucunda CAD/CAE sisteminin katkısı ve verimliliği ortaya konmuştur. Bu sistem ile en az külfet ve en kısa zamanda optimum sonuçlara ulaşmanın mümkün olduğu görülmüştür. xvıı

Abstract:
USE OF CAD/CAE SYSTEMS FOR IMPACT AND PENETRATION ANALYSIS SUMMARY Keywords : CAD/CAE, Impact, Ballistic Penetration Recently, the advances in weapon systems demanded rapid developments in defence industry. Therefore the development in impactor technology forced to development in the structure of armour and armour technology. Furthermore, the advances in impactor technology and design resulted into complexity in penetration systems through the targets. Impact and high impact related problems have been a considerable research topic for long time. A substantial effort has been invested in order to physically understand and mathematically describe the phenomena-taking place during ballistic penetration of impactor into targets. Having said that the mathematical solution is very complex and a modelling route is more favourable. The interaction between a projectile and a target involves energy transfer, large strain, large deformation, and complex process of the material failure. The material failure of targets, or the perforation mechanism, mainly depends on following factors: the striking velocity, material properties of targets, and the geometric aspects such as impactor nose shape as well as the ratio of impactor diameter to target thickness. So far, most progress has been made during experimental investigations of the normal perforation of metal plates. However, due to the high cost and the complexity of the problem a general solution techniques were investigated and used. On the other hand a number of analytical models have been proposed over the years but the complexity of many impact problems often limits the general use of closed- form analytical solutions. Therefore, numerical solutions attempt to solve this class of cases. Past work and research in the field mainly are concentrated on limited experimentally work and there is a need for more analytical studies to investigate the penetration process in detail with minimum cost. Hence finite element technique has been adopted as a general numerical tool in most communications. In this study Ls-Dyna FE Code was employed to investigate the penetration of impactor through steel armour. The study was carried out through two routes, experimental and analytical. Experimental work was carried out for 10, 15, 20 mm thickness targets with impactor striking velocities of 800, 1000, 1500m/sec and with conic, cylindrical and square impactor ends. Through the analytical route the system was modelled and analysed. Furthermore laminate target systems was also modelled and analysed. Laminate combinations were steel-steel-steel, steel-titanium-steel, steel-rubber-steel and steel-air gap-steel. The analytical results were obtained and compared with the experimental result. The result showed good correlation between experimental and FE results. It was concluded that the optimum results were obtained in using steel-air gap-steel laminate target. Finally it is also concluded the advantage of CAD/CAE systems to obtain optimum solutions with minimum costs. xvin