Kısa namlulu ateşli silahlarda iç balistiğe bağlı mukavemet analizi
The strength analysis of short barreled firearms depending on the internal ballistics
Yazar: BURAK ÖZCAN
Danışman: DOÇ. DR. ABDULLAH KURT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Balistik = Ballistics ; Silah namluları = Gun barrels ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Sonlu elemanlar stres analizi = Finite elements stress analysis ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Tabanca = Pistol

Özet:
Günümüz rekabet ortamında endüstriyel ürünlerin müşteri talepleri doğrultusunda teknolojik ve fonksiyonel özellikleri sağlamasının yanı sıra, kullanılacak malzemenin mekanik özelliklerinin, malzeme boyutlarının, malzeme maliyetinin ve üretim yönteminin de optimize edilmesi gerekmektedir. İdeal ürün tasarımını elde edebilmek için modelleme çalışmaları ile birlikte sonlu elemanlar analiz işlemlerinin bir arada kendisini tekrarlayan bir iterasyon şeklinde yürütülmesi zamandan ve maliyetlerden tasarruf sağlayacaktır. Bu çalışma kapsamında, polimer gövdeye sahip, 9 mm kalibrelik 86 mm namlu uzunluğuna ve altı yiv sete sahip silah namlusunun sonlu elemanlar analiz yöntemi ile mukavemet analizleri yapılarak optimal namlu tasarımının yapılması hedeflenmiştir. Bu hedefe ulaşabilmek için namlu ve merminin üç boyutlu tasarımları yapılmış ve Ansys Workbench Explicit Dynamics modülüne transfer edilmiştir. Namlu, mermi çekirdeği ve mermi ceketi için sırasıyla AISI 4340, kurşun antimon alaşımı ve pirinç malzeme atamaları yapılmış ve malzeme davranışları içinde Johnson-Cook (JC) malzeme modeli seçilmiştir. Analizlerde, silahın ateşlenmesi sonucunda namlu cidar kalınlığı boyunca oluşan basınç değerleri Vallier-Heydenreich balistik denklemleri kullanılarak hesaplanmış ve merminin namluyu terk edinceye kadar geçen süre içerisinde meydana gelen gerilmeler, termal-elastik -plastik şekil değişimleri ve merminin namlu çıkış hızı değerleri sonlu elemanlar analizleri ile incelenmiştir. Ayrıca merminin namludan çıkış hızı, standart balistik atış düzeneğine sahip laboratuvar ortamında yapılan deneysel atışlarla doğrulanmıştır. Balistik atış deney sonuçları, sonlu elemanlar analizleri ile merminin namludan çıkış hızını ortalama %1,82 hata payı ile tahmin edilebileceğini göstermiştir. Ayrıca, namlu üzerinde maksimum gerilmenin silah ateşlendikten 146 µs sonra, mermi çekirdeğinin plastik şekil değimine başladığı noktada meydana geldiği sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In this study, it is aimed to make optimum barrel design by carrying out strength analysis with finite element analysis method of gun barrel with polymer body, 9 mm caliber 86 mm barrel length and six groove sets. To achieve this goal, three-dimensional designs of the barrel and projectile were made and transferred to Ansys Workbench Explicit Dynamics module. AISI 4340, lead antimony alloy and brass material assignments were made for the barrel, bullet core and bullet jacket respectively and Johnson-Cook (JC) material model was chosen for the material behavior. In the analysis, the pressure values that occurred during the firing of the gun along the barrel wall thickness were calculated by using Vallier-Heydenreich ballistic equations and the stresses that occurred until the bullet left the barrel, thermal-elastic-plastic strains, strain rates and muzzle velocity values of the projectile were examined by finite element analysis. In addition, the muzzle velocity was verified by experimental firing in a laboratory with standard ballistic firing mechanism. The results of the ballistic firing test showed that the muzzle velocity   can be estimated with an average error of 1.82%. It was also concluded that the maximum stress on the barrel occurred at the point where the bullet began to deform plastic 146 µs after the gun was fired.