Projektillerle çarpışma durumunda fonksiyonel olarak değişen plakaların dinamik davranışının incelenmesi
The investigation of the dynamical behaviour of functionally graded plates in collision with projectiles
Yazar: ERALP FAHRİ ÖNOĞLU
Danışman: PROF. DR. BORA YILDIRIM
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Fonksiyonel olarak derecelendirilmiş malzemeler (FDM), özellikleri malzeme içinde bir fonksiyona göre değişen özel kompozit malzemelerdir. Malzeme içinde farklı bölgelerde farklı özellikler elde edilebilmesi, malzemenin kullanım alanına göre istenen özellikleri elde edebilme imkanı vermektedir.
Fonksiyonel olarak derecelendirilmiş malzemeler, üstün aşınma dayanımı, fiziksel darbelere dayanıklılık, yüksek termal stres dayanımı gibi özellikleri ile yeni nesil kompozit malzemeler olarak kendilerine git gide daha fazla kullanım alanı bulmakta ve kullanıldığı alanlarda yüksek performans sunmaktadır. Bununla birlikte, bu malzemelerin darbe dayanımının incelenmesine yönelik çalışmalar, termal stres dayanımına yönelik çalışmalar kadar geniş bir literatüre sahip değildir.
Dünyadaki zırh teknolojisi sürekli gelişmekte ve malzeme teknolojisindeki gelişmeleri yakından takip ederek, daha hafif ve daha dayanıklı zırha doğru yönelmektedir. Seramik, metal, polimer türü malzemelerin tümü zırh endüstrisinin ilgi alanındadır. Son dönemde, seramik ve metal malzemelerin bileşenlerini oluşturduğu fonksiyonel olarak derecelendirilmiş malzemeler de zırh araştırmalarına konu olmuştur. Seramiğin ve metalin birbirlerine karşı sahip oldukları avantajları tek bir malzemede biraraya getirebilmek, zırh endüstrisi için en üstün yeteneklere sahip malzemeyi ortaya çıkarma fırsatını doğurabilecektir.
Bu çalışmada, 10 farklı FDM plakanın, 1m/s hızındaki projektille çarpışma anındaki dinamik davranışı analiz metoduyla incelenmiştir. Plakayı oluşturan malzeme çiftleri, FDM literatüründen seçilmiştir. Plakadaki malzeme özellikleri bir boyutta değişmektedir. Analizlerde LS-DYNA yazılımı kullanılmıştır. İncelenen malzemeler, temas kuvveti, enerji emilimi ve oluşan deplasman değerleri ele alınarak karşılaştırılmıştır. Üretimi çok zahmetli ve masraflı olan FDM plakaların, test gerektirmeden darbe dayanımını anlamaya yönelik bir çalışma yürütülmüş, ayrıca gelecekte zırh üzerine devam edilmesi planlanan çalışmalar için bir modelleme temeli oluşturulmuştur.

Abstract:
Functionally graded materials (FGM) are a special kind of composite materials of which composition and properties vary within the material. As a result of this variation, desired properties can be obtained for a specific application.
With its high abrasion resistance, impact resistance capabilities and superior thermal stress resistance, FGM is used more and more in industry as new generation composite material and offers high performance. However, most of the literature is about thermal properties of FGMs and data related to impact resistance of FGMs is limited.
Armor technology is continuously developing and in the light of developments in material science, armors are becoming more lightweight and more efficient. Ceramics, metals and polymers are all used in different armor applications and closely monitored by industry. Recently, FGM plates consist of ceramic and metal materials have become an important topic in armor industry. The ability to bring the advantages of ceramics and metals together in one material represents an opportunity to develop a superior material for the industry.
In this work, dynamical behaviours of 10 different FGM plates in collision with a projectile with 1 m/s speed are investigated by analysis method. The materials are chosen from the FGM literature. Material properties of plates change with 1 dimension. LS-DYNA software is used for analysis. Resulting displacements, contact forces and energy absorptions are compared. A way to understand impact resistance of FGMs without testing in the hope of eliminating very costly manufacturing and testing processes is studied. In addition, a modeling base is built for future armor studies.