DOKTORA
-Fiber Kompozitle
Alemdar ONGUN
2019
i -
ONGUN, Alemdar
Fen
Doktora Tezi
Ekim 2019, 101 sayfa
maruz
de incelemelerden ve konuyla
, edilen en aza
desteklenerek
f=% 60) kompozit malzeme ile
2O3 z
Ansys
Explicit/Dynamic tir. A
hnson-Cook ve seramik malzeme modeli olarak da Johnson-
,
0,75 mm / 1 mm / 1,5 , arka
62 mm kalibreli mermi darbesinin
ii
, 7,62 mm kalibreli mermi darbesi
inde
in membran
ve arka plastik deformasyona olumlu veya olumsuz
le ve larl
beli
Anahtar Kelimeler: Seramik
iii ABSTRACT
INVESTIGATION OF THE BALLISTIC BEHAVIOR OF STEEL ARMORS WITH EACH CERAMIC WRAPPED CARBON-FIBER COMPOSITE ON THE FRONT
ONGUN, Alemdar University
Graduate School of Natural And Applied Sciences Department of Mechanical Engineering, Ph. D. Thesis Supervisor:
October 2019, 101 pages
In the case of steel armor with hexagonal ceramic front face, the hexagonal ceramic which is subjected to the first bullet impact is damaged and broken during the collision.
As a result of the investigations which were made in the literature and the company working on ballistics the hexagonal ceramics are damaged by other hexagonal ceramics. In this study, a new design has been developed in armor technology by supporting steel armor with ceramic front face with composite material due to minimize said damage. Alumina (Al2O3) hexagonal ceramics wrapped with carbon / epoxy (Vf=% 60) composite material around 10 mm thickness for the ceramic front surface of the armor and 6 mm thick plates made of Hardox Armor Steel were preferred for the back surface of the armor. The effect of composite support on the ballistic behavior of the armor was examined by both numerical analysis and experimental tests of 7.62 mm caliber bullet impacts on 0.75 mm / 1 mm / 1.5 mm thickness composite and non- wounded steel armors in accordance with the relevant standards. Numerical analysis was performed in Ansys Explicit / Dynamic which is finite element program and in the analysis, Johnson-Cook model which permits high speed plastic deformation was used for steel material model and also Johnson-Holmquist model was used as ceramic material model. Furthermore, the effect of composite winding on the plastic deformation of the steel plate on the back surface of the armor was examined in the thesis. At this stage, S235 steel, a softer steel, was used instead of hardox steel for the back plate of the armor. Plastic deformation of the steel plate after ballistic shots was obtained by an
iv interface developed in Matlab program by using the deformation equations obtained
compared. As a result of the studies, it was observed that the composite wrap wrapped in ceramics significantly reduces the damage to the surrounding ceramics and no positive or negative effect on the plastic deformation of the back plate. With this observation, the deflection curves of the plastic deformation formed on the steel plate were found to be consistent in the analysis and experimental study.
Keywords: Ballistic, Steel Armor with Ceramic on the Front, Alumina Ceramic
v Doktora
Say na,
Prof. Dr. e
alistik deneyler Nurol
H
esirgemeyen
ve ederim.
vi Sayfa
... i
ABSTRACT ... iii
... v
... vi
...viii
... xii
1. ... 1
1.1. ... 2
1.1.1. Seramikler ... 2
1.1.2. ... 4
1.1.3. Kompozit Malzemeler ... 5
1.1.3.1. Elyaf Malzemesi ... 6
1.1.3.2. Matris Malzemesi ... 6
1.1.4. ... 8
1.2. ... 9
1.3. ... 20
2. ... 22
2.1. ... 22
2.2. ... 22
2.2.1. ... 22
2.2.2. ... 23
2.2.3. ... 24
2.2.4. ... 24
2.2.5. ... 25
2.2.6. ... 26
2.3. Terminal Balistik ... 27
2.4. ... 29
2.4.1. Johnson-Holmquist Malzeme Modeli ... 33
2.4.2. Kompozit Malzeme Modeli ... 35
vii
2.5. ... 37
2.5.1. ... 37
2.5.2. ... 39
2.5.3. ... 41
2.6. ... 52
2.6.1. n Modellenmesi ... 52
3. ... 56
3.1. Balistik Deneyleri ... 56
3.1.1. Deneyleri ... 58
3.1.2. ... 61
3.1.3. ... 66
4. ... 68
4.1. ... 68
4.2. ... 69
4.3. ... 69
4.4. ... 72
4.5. Deneysel So ... 76
4.6. ... 78
4.7. ... 82
4.8. Gerilme Durumu ... 86
5. ... 89
KAYNAKLAR ... ... 92
... ... ...102
viii Sayfa
... 2
... 3
1.3. Elyaf takviyeli kompozit tipleri [16] ... 5
... 8
... 10
... 13
... 22
... 23
... 25
... 25
... 26
- r [61] ... 27
2.7. makaslama etkisi [61] ... 28
... 29
2.9. JH-2 Modeli [76] ... 34
... 36
... 37
deformasyonu [78] ... 40
... 41
2.14. Kuvvet- ... 41
... 43
... 45
... 46
... 47
... 51
ix
edilmesi ... 51
... 53
... 54
... 54
... 55
analiz modeli ... 55
... 56
57 ... 58
deney numunesi ... 59
... 59
... 60
... 60
... 62
... 62
... 63
... 63
- 1 ... 64
- 2 ... 64
... 65
x
enerjileri (Joule) ... 66
... 68
... 69
analiz sonucu ... 70
4.4. analiz sonucu ... 71
gerilmeler ... 71
... 72
... 72
hasar durumu ... 73
seramiklerin hasar durumu ... 74
n hasar durumu ... 74
... 76
hem de deneysel hasar durumu ... 77
hem de deneysel hasar durumu ... 77
... 80
... 80
4.16. ... 81
... 81
... 82
xi
... 83
... 84
... 84
... 85
4.23. JC malzeme modelinin gerilme- ... 87
... 88
xii Sayfa
...3
[13,14]...4
2.1. ...28
[36,69]...32
-Holmquist malzeme ...35
2.4. Karbon/epoksi kompozit malzemenin mekanik malzeme zellikleri [16]...37
...61
...61
...67
...70
4.2. ...73
4.3. ...75
...78
...79
...86
xiii
JC Malzeme akma mukavemeti (MPa)
Ap Merminin efektif kontak a (m2)
B JC mukavemet k (MPa)
C JC gerinim s k
c Ses h (m/sn)
ec Seramik k (m)
E Elastisite m (GPa)
Plastik ekil d enerjisi (Joule)
F Kuvvet (Newton)
G Rijitlik m (GPa)
k Deformasyon sabiti
K m (GPa)
L Son uzunluk (m)
L0 u (m)
Boydaki uzama (m)
a h (kg/sn)
Mp Merminin a (kg)
n steli
(kg/m3)
R JC f s gerilme-gerinim
Rc dinamik akma mukavemeti (GPa)
T Deney s
Tm Erime s
Tr Referans s
V Hacim (m3)
Vp Mermi h (m/sn)
Yp Merminin dinamik akma mukavemeti (GPa)
w Yer d m (mm)
w0 Maksimum yer d (mm)
ekil d
birim ekil d (mm/mm)
xiv
birim ekil d h (mm/mm sn)
Efektif gerilme (MPa)
gerilmesi (MPa) Poisson o
xv API
CBM -based Model)
JC Johnson-Cook Malzeme Modeli
JH Johnson-Holmquist Seramik Malzeme Modeli MSM Mikro Model (Microstructural Model)
NIJ
Institute of Justice)
SPH -
particle hydrodynamics) STANAG
Agreement) UHMWPE
1 1.
Bununla birlikte ki
da tiplerde hasarlar
durum olarak, ilk mermi darbesine maruz
rda, ilk mermi darbesine maruz
olarak Ansys Explicit/Dynamic
deneyler sonucunda k
2 1.1.
.1.
[1 4].
1.
1.1.1. Seramikler
, seramik malzemelerin si olarak dikkat
[5]. Seramikler; b
hasar [6].
Balistik alanda 4 seramikler 2O3
olup 1.1.
t
-
malzemedir. seramikler , elektrik-elektronik
Seramik
3 sanayisinde (
ve tercih edilmektedir.
bulunabilmektedir. G seramikler
seramiklerin [7].
1.1. [8]
ler Al2O3 SiC B4C
3) 3900 3100 2500
Sertlik (HV) (GPa) 1600 (15) 2700 (27) 3870 (38)
370 410 460
ilme Mukavemeti (MPa) 380 550 750
. ve
seramikler
2. a seramikler
4 1.1.2.
sahiptirler.
[9 11].
,
[12].
1.2. ,
piyasadan tedarik edilebilen Hardox 500 malzemesi
,
izelge 1.2. malzemesi olarak k b eliklerin mekanik zellikleri [13,14]
Serlik (HB)
(MPa) (MPa)
Charpy -V (-
(Joule)
M-Protect 500 480-540 1250 1600 20
Armox 440T 420-480 1100 1250-1550 45
Armox 500T 480-540 1250 1450-1750 32
Ramor 300 260-320 820 940 60
Ramor 500 490-560 1450 1700 20
Hardox 400 370-430 1000 1200-1400 45
Hardox 500 470-540 1400 1500-1600 37
5 1.1.3. Kompozit Malzemeler
Kompozit malzemeler, takviye ve matris malzeme olarak da bilinen iki veya daha fazla mekte
iklere sah [15]. Elyaf, takviye
malzemesi olarak kompozitlerde . Kompozitler elyaf
t .
3. Elyaf takviyeli kompozit tipleri [16]
nacak olursa, hafiflik ve
ekil , y
, y
, e
6
Olumsuz ;
de da olabilir) re
, i
, g ve k
verilebilir [17].
1.1.3.1.
t olarak etkilemektedir [16]
ve
[18].
1.1.3.2.
Matris malzemesi plastik def
ve kompozit malzemenin geciktirmektedir
7 ,
termoset ve t [19].
1.1.3.2.1 Termoset Matrisler
bilinen termoset matrisler polyester, vinil ester, epoksi ve phenoliktir. Termosetler
[20].
1.1.3.2.2 Termoplastik Matrisler
sahiptir. En iyi bilinen termoplastik matrisler polyamid (PI), polyether ether ketone (PEEK) ve polyphenylene sulfine (PPS) dir. Termoplastik kompozit malzemelerin
e
sahiptirler
polyether ether ketonenin C
450 ye kadar [21].
8 1.1.4.
- helikopter
-hidrolik silindirler, elektrik izol
nin a ve ekipmanlarda [22].
belirlenerek imalat
Belirlenen
.
4. Elyaf s a g [22]
Genellikle elyaflar matris malzemesi termoset olarak
[22].
9
1.2. i
seramik n y elik z
e
n kompozit pla
Irene Chen [23] da bilinen
arma a
jen (ba 1.5.)
nin , armad
10
5. [23]
- [24]
- lahta veya uygulanan yerdeki hareketini yani
[25].
- [26],
ki [27],
- Merminin u ki hareketini inceler,
- [28]
Terminal balistik, m i, mermi
[24]. Terminal balistik; hedef
zehirli gaz ve radyoaktif etkileri inceleyen da
, bir [29].
11 [7].
k
Bu kapsamda NIJ
Stanag 2310, Aep-97 Edition A yan Makine ve
temel
.
Iqbal ,
Incendiary Projectile- gerinimi a
,62 mm ve 12,
analizleri hem Armox 500T hem de merm
12 m
-900
C de numunede %
ve deneysel olarak 2300 MPa
[30].
,
Seramikle
uygulayarak on
9, geopolimerin % 8
a seramik 99 saf Al2O3 mm
,
1.6. de
in ni g
seramiklerin
yen
13 [31].
6. [31]
6Al 4V (TC4)
,98 g/cm3 olarak 150 150 28
,7 seramik % 99,
[32].
Tria ve Trebinski,
r. Metodolojileri,
olan mermi-
14 ,
Ansys Ls-Dyna
bal
n
[33].
Sun ,
,7 mm API mermilerle 537,7-596,
,7
[34].
15
Iqbal ve ,
modelleyerek, ABAQUS
hedefe, 20
[35].
Serjouei
[36].
askeri ve sivil olarak balistik koruma sistemleri
olarak iki -
rminin r [37].
Chi , -analitik
mermiyle Ansys-Autodyn de -
16 [38].
,
llanarak balistik olarak malzemeye Ansys-
[39].
Gamble - seramik
nun sadece
seramik ve
olarak
[40].
,
[36].
Holland , seramik-
sonlu elemanlar metoduyla modelleyerek, 1000
n merminin
[41].
17
Mohagheghian -metal katman
-
[42].
Guo
,7
Ansys Ls-Dyna
[43].
Feli ve Asgari,
elemanlar analiziyle Ansys Ls-Dyna
m/s 1600
olan Chocron- [44] [38,44]
[46].
,
ni r. Deneysel ve
de
alardaki ler
lerdir [47].
18
Borvik , w
metoduyla Ansys Ls-Dyna 10 sapma
[48].
Liu ,
n
[49].
,
[35].
Lim
-
[50].
Tan ve Ching,
lerdir. Mermi olarak bilye kullanarak 110 m/s ve 400
[51].
Zhikharev ve Sapozhnikov,
19 -based (CBM) ve Microstructural (MSM) olarak Ansys Ls-Dyna ve Autodyn-
[52].
Barauskas ve Abraitiene, Ansys Ls-Dyna
[53].
Ha-Minh ve ,
lerdir [54].
Kim , it tabaka
[55].
Cuong ,
m/s ve 900 m/s mermi
m/s ve 245
eye [56].
20 1.3.
aza indiri
da
,
Ansys Explicit/Dynamic sonlu eleman p 7,62 mm kalibreli mermiler ile analizler
Johnson-Cook modeli [56,57], seramik malzeme modeli olarak Johnson-Holmquist modeli [58,59]
-elastik malzeme modeli
it tir.
Tez
hasara et
21 Daha sonra
sistemine ait .
22 2.
2.1.
emanlar analiziyle ilgili tespitler
2.2.
a n anla
sahiptir. Merminin tespit edebilmek ve mermiyi
ne k belirlemek
incelenebilir.
2.2.1.
karbonlu , ve
tita
1.
1. malzemeninmerminin kinetik enerjisini absorbe etmesi [61]
23 ,
. P
2.2.2.
. Bura
2.Malzemede o t eklinde kma h [61]
24 2.2. de
deformasyon meydana
, -
[61]
2.2.3. Tabak
mli
a izah edilmesi gerekirse
olarak da disk 3.).
2.2.4.
,
te
25
ve [61 63].
3.Tabaka a g [61]
4.Konik k g e [61]
2.2.5.
veya bu
malzemelerde,
26 2.5 te
2.5. e
[64,65].
5. malzeme de s alanda meydana gelen ezilme [61]
2.2.6.
izleme
2.6. da
lokal olarak tahrip etmesi
2.7. e
,
27 [67].
6.Seramik malzemeye uygulanan mermi a x-ray g a) Merminin
b c d [61]
2.3. Terminal Balistik
kol
2.7. e anda
Bunlar
birim
; malzeme
- ler.
28 7.
makaslama etkisi [61]
2.1., [61].
2.1. d h b malzeme tepkisi
-1)
10-8 10-6 10-4 10-2 100 102 104 105 106
Karakteristik Zaman (s)
106 104 102 100 10-2 10-4 10-6 10-6 10-8 -
statik Darbe Darbe
Malzemenin Tepkisi
Mekanik Rezonans
Elastik- plastik dalga
2.8. e Grafikte yer alan V50
0
D
29 verecek olursak; P=1 iken, mutlak hasar durumudur
. B
8. arpma [61]
2.4.
olarak
plastik deformasyona izin veren Johnson-Cook malzeme modeli ve seramik malzeme
modeli olarak da Johnson-Holmquist malzeme modeli bahsi
malzeme modelleri ler Johnson-Cook malzeme modeli
[68]. JC modeli
birim , birim ve
parametrelerini [58]
[57].
30 . JC modeli
incelemek da
JC malzeme modeli l
mede torna, freze vb. alanlarda JC modelinin
(2. 1)
(2. 2)
(2. 3)
(2. 4)
p efektif plastik gerinimi, /
m , Tr referans
ifade etmektedir. B ve C deneyler sonucu elde edilen malzeme sabitleri olup grafiklerden
bulunur. JC malzeme modeline ait 2.1 denkleminde, /
31 ve in bir fonksiyonu olarak gerilmeyi ifade eder. 2. parantez birim
, 3.parantez
etkisini JC yi,
yi de eden ,
arak, malzemeye ait akma gerilmesinin efektif plastik gerinim, plastik
geri fonksiyon olarak elde edilmesine
Bir
kalibre
sebeplerden [68].
B, C, n ve m
elde etmek
denklem 2.5 t R , gerilme ve
bulunur. Bulunan R
lmez, bu sebeple 3.
[69].
(2. 5)
(2. 6)
32
d P 2.7 ve 2.8
2.7 ve 2.8 nu
- p 2.5
R p
2.6 denklemde ki m belirlenir. Gerilme ve birim denklemlerle ifade edilir.
(2. 7)
(2. 8)
Dinamik gerilme-birim
2.5 ve 2.
2.1.
edilir.
ait parametreler izelge 2.2
2.2. Analizde k malzeme modellerine ait JC parametre d [36,69]
Malzeme A (MPa) B (MPa) n C m
Hardox 1350 362 1 0,0108 1
S235 280 667 0,72 0,071 0,269
24 50 1 0,1 1
33 2.4.1. Johnson-Holmquist Malzeme Modeli
resleme birbirine tutunan
Bu da
meydana gelir ve bu da olan direncini yani nu
[71].
gibi .
bor k 4C), silisyum ka ve a (Al2O3).
Johnson-Holmquist (JH) seramiklerin inelastik olan
,
; birincisi malzemenin has ,
model, JH-1 ve JH- -2 modelde
dan sonraki kuvvet [71 74].
34 9. JH-2 Modeli [76]
JH modelinde n
(2. 9)
i ilk durumdaki gerilme, f ve
(2. 10) (2. 11)
A, B, C, M ve N ler olup, P* * ise maksimum
* 1
K2 ve K3 malzeme sabitleri, toplanm
;
35 2.3 t
(2. 12)
2.3. seramik Johnson-Holmquist malzeme
modeline ait parametre [77]
A N HEL (MPa) B M C
0,989 0,3755 5900 0,77 1 0
2.4.2. Kompozit Malzeme Modeli
kompozit malzemenin her bir tabaka
gerekmektedir. Bu gerilmeler
bulunabilir. L(-) ve SL(+) kompozit malzemenin
elyaf ni, ST(-) ve ST(+)
SLT ni ifade etmektedir.
L(-) ve eL(+)
T(-) ve eT(+) kompozit
LT
tedir [77]. .
36 10.
maksimum gerilme ve mak [21]
Yine kompozit malzemelerde E11 22
12 -
12 - ifade etmektedir.
Bununla beraber kompozit malzemenlerde, S1T
1C 2T
2C elyaf
12
etmektedir.
mekanik 2.4
37
2.4. Karbon/epoksi kompozit malzemenin mekanik [16]
E11 (GPa) E22 (GPa) G12 (GPa) 12 S1T (MPa)
138 9 1 0.3 1448
S1C (MPa) S2T (MPa) S2C (MPa) S12 (MPa)
1172 48.3 248 62.1
2.5. Analitik
[78] de, mermi
zamanla
2.5.1.
2.11. e
se
11. Seramik plakaya ilk penetrasyon a [78]
rak
38 F=m a denklem olarak ifade edilir.
Lineer momentum, mekanik olarak bir cismin ile denir ve
2.14
2.16
(2. 13)
(2. 14)
(2. 15)
(2. 16)
, merminin
, ,
[79]
2.17 e ifade edilebilir [80].
Yp: dinamik akma, Ap: merminin etkili temas
denklem elde edilir.
(2. 17)
[81], ec
:
b ve Csh olmak
2.21
39
(2. 18)
(2. 19)
(2. 20)
(2. 21)
U
olarak [82,83] da 6
1
2.5.2. Mermi Ero
Malzemelerin belirli bir Yp
V bernoulli denkleminde yer alan
i p p
merminin , c ifade etmekle beraber 2.22
olarak
olan Yp [84 86]
(2. 22)
(2. 23)
(2. 24)
Yp veRc
olup Rc 2.12.
40
p(t)ve Vi(t)
2.25 Vp(t)ve Vi(t) ndaki
enerjisini vermektedir.
12. a merminin penetrasyonu ve metalin elastik deformasyonu [78]
(2. 25)
2.25
denklem [85]. S
2.26 p
ve Vi
(2. 26)
ve devam eden Vp
pr
2.27 [87].
41
(2. 27)
2.5.3.
2.13
te bulunan kuvvet-
13. Kuvvetin ubuk zerine u [88]
14. Kuvvet-deformasyon g [88]
t
olarak ifade edilir.
42
[89] 4 t
(2. 28)
U/V birim hacim e
(2. 29)
(2. 30)
birim ekil d m birim ekil d h
denklem 2.31 ile, g birim ekil d g birim ekil d h ise
(2. 31)
(2. 32)
15. t w
kabul edersek birim birim
.
43 15.
(2. 33)
(2. 34)
(2. 35)
(2. 36)
(2. 37)
.
(2. 38)
(2. 39)
(2. 40)
(2. 41)
deformasyon enerjisi elde edilir
(2. 42)
44 (2. 43)
(2. 44)
(2. 45)
(2. 46)
(2. 47)
fektif gerilme durumunda von-Mises den gelen
birim denklemi elde edilir. Bu
denklemi;
(2. 48)
(2. 49)
(2. 50)
(2. 51)
(2. 52)
(2. 53)
ifade elde
(2. 54)
(2. 55)
45
(2. 56)
(2. 57)
(2. 58)
denklem elde edilir.
(2. 59)
(2. 60)
16. gerilme durumunda birim ekil d imin
16. a g elde edilmektedir.
(2. 61)
(2. 62)
46
(2. 63)
(2. 64)
(2. 65)
(2. 66)
(2. 67)
(2. 68)
(2. 69)
(2. 70)
17. Birim e g
17. e 0 d olarak
de
. D
47 cidarda gerilme durumuna benzemektedir.
(2. 71)
(2. 72)
(2. 73)
(2. 74)
nin
(2. 75)
(2. 76)
(2. 77)
2.75 ve 2.76
(2. 78)
(2. 79)
18. Membrane teorisinin g
48
18 embran teorisinden gelen
ve 2.85
(2. 80) (2. 81)
(2. 82)
(2. 83)
(2. 84)
(2. 85)
(2. 86)
(2. 87)
(2. 88)
(2. 89)
denklemi olan Holloman
elde edilir.
(2. 90)
(2. 91)
49 (2. 92)
2.94
(2. 93)
(2. 94)
olarak 2.89 ve 2.92
2.96 denklem elde edilir.
(2. 95)
(2. 96)
2.96
formunun eks 2.97 0
2.96 ve 2.97 2.112 i elde
edilir.
(2. 97)
(2. 98)
(2. 99)
50
(2. 100)
(2. 101)
(2. 102)
(2. 103)
(2. 104)
(2. 105)
(2. 106)
(2. 107)
(2. 108)
(2. 109)
(2. 110)
(2. 111)
(2. 112)
(2. 113)
51 19. Matlab program ara y ekran
20. Matlab p edilmesi
52 2.6.
,62 mm kalibreli mermilere n Ansys Explicit/Dynamic
ek
malzemeyle ve ara sahip
,75 mm / 1 mm / 1,5
analizlerde
olan etkisi de
2.6.1.
modellenmesi ve
modellenmesi /epoksi
m
53 1. a a
1 mm kalibreli ve 25 mm boyundaki
840 m/sn olarak
21. a)
- ve mermi
JC malzeme modeli ve karbon fiber/epoksi kompozit totropik malzeme modeli . Kompozit malzeme ,75 mm / 1 mm / 1,
modeli u
modelde 280. .423 eleman
ikli Solid 186
(a) (b)
54
22. [90]
3.
seramiklerin
2.24 te seramiklerin
23. Merminin ilk temas e n evresindeki d a
seramiklerin temas k daha fazla d
55 Modelde mermi merkez
24.
Programa .
plastik von Mises hasar kriteri
25.
analiz modeli
56 3.
3.1. Balistik Deneyleri Balistik
luklu
-
1.Karbon liflerle s y a seramik
57
3.2 e
3.3. te
t
ikinci
2.
numunesi
58
3. Seramik n y elik balistik test i
3.1.1. Kompozit Sar ve Deneyleri
te hardox
t
tanesi 0,75
tanesi
59
4. a b ve hardox saca y
deney numunesi
5. 1,5 mm b numunenin mermi sonucu
seramiklerinde o hasar durumu
60
6. 1 mm b numunenin mermi sonucu
seramiklerinde o hasar durumu
7. 0,75 mm b numunenin mermi sonucu
seramiklerinde o hasar durumu
61 3.1.2.
3.1. ve 3.2.
seramiklerin
3.1.Karbon elyaf / epoksi kompozitin mekanik zellikleri Karbon
Elyaf/Epoksi
Elastisite
A-49 4900 MPa 250 GPa % 2 1790 kg/m3
3.2. seramiklerin mekanik zellikleri
Nurol HV (GPa)
15.7 360 GPa 3900 kg/m3
3.8.
numunesi Seramik numunelerin filaman
numuneler -3 saat
Karbon elyaf malzemesi eksi
Karbon b seramikler
kompozit malzeme
. ekil 3.9 a nen
seramiklerin ile hali
62
8. Flaman s metoduyla h a seramik
10.
deney numunesinin
seramiklerde 1 mm kompozit
1 e
.
9. seramik ve hardox
sac deney numunesi
63 10. 1
11. 1 mm numunenin mermi sonucu
seramiklerinde o hasar durumu
64
2. de 1,5 mm karbon/epoksi kompozit
numunelerinin mermi darbesine
ve 3 te
12.1,5 mm b numunenin mermi sonucu
- 1
13.1,5 mm b numunenin mermi sonucu
- 2
65
7,62 mm kalibreli mermi sonucunda kompozit
toplam 6 deney numunesinin 3 adedinde 3.14. te sadece 1 adet seramikte
numunelerinde
. uneler
4 te
sadece bir tanesinde hasar
14.Karbon liflerle 1 mm s numunenin deney sonucu
66 3.1.3.
metre kala iki olup
ortalama ve 3.3 te
3.15. t /epoksi kompozit malzeme
ve kul
Joule oule olan
+1.3 ve % -
15.Mermilerin arpma h b numunelere uygulanan arpma enerjileri (Joule)
3000 3100 3200 3300 3400 3500 3600 3700 3800
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
67
3.3. c a ortalama arpma enerjileri
Ortalama
(joule)
1 843,45 839,73 841,59 3417,42
2 844,27 842,93 843,60 3433,76
3 841,45 837,37 839,41 3399,74
4 843,84 843,55 843,70 3434,54
5 840,78 841,94 841,36 3415,55
6 842,14 839,18 840,66 3409,87
7 836,18 836,57 836,38 3375,20
8 836,39 837,17 836,78 3378,47
9 840,08 839,95 840,02 3404,64
10 837,20 837,49 837,35 3383,03
11 838,80 839,09 838,95 3395,97
12 834,38 834,31 834,35 3358,83
13 843,14 843,07 843,11 3429,74
14 835,45 835,98 835,72 3369,87
15 836,47 837,37 836,92 3379,60
16 840,37 840,30 840,34 3407,24
17 840,53 840,72 840,63 3409,59
18 841,22 842,60 841,91 3420,02
19 837,55 837,84 837,70 3385,86
20 842,87 842,44 842,66 3426,08
21 838,47 839,15 838,81 3394,88
22 842,24 841,85 842,05 3421,12
23 839,95 840,10 840,03 3404,72
24 837,48 837,55 837,52 3384,41
25 836,74 836,94 836,84 3378,95
26 842,96 842,58 842,77 3427,01
27 841,82 841,40 841,61 3417,58
28 844,86 844,64 844,75 3443,13
29 842,85 843,12 842,99 3428,76
30 838,64 838,55 838,60 3393,14
31 842,67 841,50 842,09 3421,44
32 839,18 839,00 839,09 3397,15
33 838,75 839,25 839,00 3396,42
34 837,85 837,76 837,81 3386,75
35 839,48 839,41 839,45 3400,02
36 840,51 841,26 840,89 3411,70
37 842,21 842,43 842,32 3423,35
38 844,15 843,86 844,01 3437,06
39 842,84 843,19 843,02 3429,00
40 841,64 841,42 841,53 3416,93
41 843,75 843,64 843,70 3434,54
42 839,25 838,86 839,06 3396,86
68 4.
ile
a ait analitik,
4.1. cu
4.1.
merm
, analizde
1. Tek
69 4.2.
l
4.2.
de
2. Tek l analiz sonucu
4.3. Seramik z
Hardox 500
,75 mm, 1 mm ve 1,5 Kompozit
,75 mm, 1 mm ve 1,5
K
70 1450 MPa
1400 ,5
968
1400
4.1. Kompozit i
1930 (MPa) 1450 (MPa) 968 (MPa)
4.3 te 1
m
3. 1 balistik
analiz sonucu
71
4.4. 5 te 1,5 sahip
mm
i ile 1
serami
4. 1,5
balistik analiz sonucu
5. 1,
4.6. 4.7 mm
72 6.
7.
4.4. A
deney 4.2
yedi
42 testi
73
4.2. S nin
6 ,75
deney numunesi 6
6
,5 6
,75 6
6 ,5
deney numunesi 6
,75 mm, 1 mm, 1,5
4.8 e a), b), c 9
(a) (b) (c)
8. ,75 mm, b) 1 mm ve c) 1,5
74 4.9.
seramiklerin hasar durumu
,75 mm, 1 mm ve 1,5 mm
4.10 a a, b ve c
(a) (b) (c)
4.10. ,75 mm, b) 1 mm ve c) 1,5
4.3
75
4.3. Balistik
76 ,75
ortalama ,5
,83
,75
n
,5
4.5.
hasar durumunun s 4.11 de
4.11. durumu
77
; deneysel olarak elde edilen 1
2 de ,5
3 te
4.12. 1 evre
hem de deneysel hasar durumu
4.13. 1,5
hem de deneysel hasar durumu
78
4.6. Nicelik Olarak
4.4 t
ise 4.5 t
ur.
4.4. b b numunelerde g malzeme k
Mesafesi (mm)
Test Seramikten
Seramik 1
KSZ 0 (0 mm)
1 158,54 6/6
2 2 161,84 6/6
3 3 159,8 6/6
4 4 162,48 6/6
5 5 152,68 6/6
6 6 156,15 6/6
7
KSZ 0,75 (0,75 mm)
1 75,33 6/6
8 2 78,16 6/6
9 3 71,01 6/6
10 4 74,81 6/6
11 5 65,12 6/6
12 6 72,48 6/6
13
KSZ 1 (1 mm)
1 14,37 4/6
14 2 16,67 5/6
15 3 18,53 5/6
16 4 14,72 5/6
17 5 16,22 5/6
18 6 18,09 5/6
19
KSZ 1,5 (1,5 mm)
1 9,47 4/6
20 2 10,03 4/6
21 3 9,59 4/6
22 4 12,45 4/6
23 5 9,89 4/6
24 6 9,15 3/6
79 ,
, herhangi bir etki
4.5.Karbon fiber s numunelerde g malzeme k
Mesafesi (mm)
Test Seramikten
Seramik 25
KS 0,75 (0,75 mm)
1 44,46 6/6
26 2 40,35 6/6
27 3 39,94 6/6
28 4 60,72 6/6
29 5 55,78 6/6
30 6 44,92 6/6
31
KS 1 (1 mm)
1 1,55 1/6
32 2 0 0/6
33 3 1,15 1/6
34 4 2,5 1/6
35 5 0 0/6
36 6 0 0/6
37
KS 1,5 (1,5 mm)
1 0 0/6
38 2 0 0/6
39 3 0 0/6
40 4 0 0/6
41 5 0 0/6
42 6 0 0/6
14. 15. 14. t
80
14.
4.4. te k
,
15.Kompozit s
; 0,75 4.16. 4.17., 1, 4.18.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
KSZ 0mm (1) KSZ 0mm (2) KSZ 0mm (3) KSZ 0mm (4) KSZ 0mm (5) KSZ 0mm (6) KSZ 0,75mm (1) KSZ 0,75mm (2) KSZ 0,75mm (3) KSZ 0,75mm (4) KSZ 0,75mm (5) KSZ 0,75mm (6) KSZ 1mm (1) KSZ 1mm (2) KSZ 1mm (3) KSZ 1mm (4) KSZ 1mm (5) KSZ 1mm (6) KSZ 1,5mm (1) KSZ 1,5mm (2) KSZ 1,5mm (3) KSZ 1,5mm (4) KSZ 1,5mm (5) KSZ 1,5mm (6)
S
0 10 20 30 40 50 60 70
KS 0,75mm (1) KS 0,75mm (2) KS 0,75mm (3) KS 0,75mm (4) KS 0,75mm (5) KS 0,75mm (6) KS 1mm (1) KS 1mm (2) KS 1mm (3) KS 1mm (4) KS 1mm (5) KS 1mm (6) KS 1,5mm (1) KS 1,5mm (2) KS 1,5mm (3) KS 1,5mm (4) KS 1,5mm (5) KS 1,5mm (6)
81 incelenebilir. 4.16.
72,
16. 0,75 mm b kompozit s numunelerde o hasar
k
17. 1 mm b kompozit s numunelerde o hasar
k
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0,75
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
KSZ 1mm
(1) KSZ 1mm
(2) KSZ 1mm
(3) KSZ 1mm
(4) KSZ 1mm
(5) KSZ 1mm
(6) KS 1mm
(1) KS 1mm
(2) KS 1mm
(3) KS 1mm
(4) KS 1mm
(5) KS 1mm
(6) 1
82 4.17. e
, ,9 gr
4.18 ,
,83 ,1 gram olarak
18. 1,5 mm b kompozit s numunelerde o hasar
k
4.7.
Deformasyon
sistemine gelen mermi plaka plastik deformasyonu
daha sonra
0 2 4 6 8 10 12 14
KSZ 1,5 (1)
KSZ 1,5 (2)
KSZ 1,5 (3)
KSZ 1,5 (4)
KSZ 1,5 (5)
KSZ 1,5 (6)
KS 1,5 (1)
KS 1,5 (2)
KS 1,5 (3)
KS 1,5 (4)
KS 1,5 (5)
KS 1,5 (6) 1,5
83
an bir
den gelen S235
9 a Analiz sonucunda
mm
19. p
plakada meydana gelen plastik deformasyon durumu 20.
84
20. Z deney numunesi
etmektedir. Balistik deney
seramik 4.21. e
21.Seramiklerin elik y k halinde y g
plakada deformasyona ait analiz
85
m nden elde
Matlab d
elik
4.22. e Sehim
maksimum sonucun 14,87 mm,
analitik sonucun 16,51 mm ve 11,57 mm
ise % 22
22. deneysel ve analitik k
deneysel
, 1,
k
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0
Deneysel Analitik
86
etkisinin ihmal edilebilir seviyelerde .
4.6. y o maksimum deformasyonlar
1. Deney (mm) 2. Deney (mm) 3. Deney (mm)
14,98 14,92 14,88
14,86 14,91 14,95
4.8.
Gerilme Durumu
Tez
maksimum von Mises p
15000 s-1 olarak
-
-1 -birim
[70]
olarak statik gerilme-
87
statik gerilme- ta
-
erilme
s-1
tir.
t -1
-
sonuc .
23. JC malzeme modelinin gerilme-
maksimum 578
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0 0,05 0,1 0,15 0,2
Gerilme (MPa)
Deneysel-Statik JC-Statik JC-Dinamik
88 MPa von Mises efe
malzemesinin 15.000 s-1
analitik olarak hesaplanm
24.
89
5. R
savunma sistemlerinde a
.
,
,62 mm Ansys Explicit/Dynamic sonlu eleman
nalizler ve balistik deneyler neticesinde seramik
hasa
Seramikleri kompozit
,
seramikteki
mm ve 1,5 mm
90 hasar
99,
adet deneyin tanesinde sadece birer adet
7,62
olarak; 16,51 mm ve sonlu elemanlar analizinde 11,57
11, sonlu elemanlar analizinin % 22 olarak sapmayla deneysel
sonucu maksimum 578
Plakada meydana gelen 578 MPa von Mi olarak bulunan S235 malzemesinin 15.000 s-1
91 an
92 KAYNAKLAR
[1] Int. J. Eng. Sci., vol.
16, no. 11, pp. 793 807, 1978.
[2] D. A. Shockey, A. H. Marchand, S. R. Skaggs, G. E. Cort, M. W. Burkett, and R.
fined ceramic targets and impacting Int. J. Impact Eng., vol. 9, no. 3, pp. 263 275, 1990.
[3]
Int. J. Impact Eng., vol. 12, no. 3, pp. 409 414, 1992.
[4] S. Sadanandan and
Int. J. Impact Eng., vol. 19, no. 9 10, pp. 811 819, 1997.
[5]
Int. J. Impact Eng., vol. 31, no. 2, pp. 113 127, 2005.
[6]
oblique ballist Compos. Struct., vol.
63, no. 3 4, pp. 387 395, 2004.
[7]
[8] ASM Handbook, 1995, p.
812815.
[9] M. E. Backman and W
Int. J. Eng. Sci., vol. 16, no. 1, pp. 1 99, 1978.
[10]
by free- Int. J. Impact Eng., vol. 18, no. 2, pp. 141
93 230, 1996.
[11] J. A. Zukas, High velocity impact dynamics. Wiley-Interscience, 1990.
[12] S. J. Mangenello
J MATER, vol. 7, no. 2, pp. 231 239, 1972.
[13]
[14] Https://www.ssab.com/products/brands/hardox/products/hardox-
https://www.ssab.com/products/brands/hardox/products/hardox-500.
[15] Hanser/Gardner, Cincinnati,
Ohio, 1997.
[16] R. F. Gibson, Principles of composite material mechanics. CRC press, 2016.
[17] . Gazi kitabevi, 2000.
[18] N. L. Hancox and R. M. Mayer, Design data for reinforced plastics: a guide for engineers and designers. Chapman and Hall, 1994.
[19] M. E. Tuttle, Structural analysis of polymeric composite materials. Chapman and Hall/CRC, 2012.
[20] P. K. Mallick, Fiber-reinforced composites: materials, manufacturing, and design. CRC press, 2007.
[21]
[22]
94 , 2001.
[23] I. H. Chen et al. -structural
J. Mech. Behav. Biomed. Mater., vol. 4, no. 5, pp. 713 722, 2011.
[24]
[25] U. Army, Interior Ballistics of Guns. Engineering Design Handbook: Ballistics Series, United States Army Materiel Command. 1965.
[26] T.E.o.E. 2017.
[27] Sci. Ballist.,
2007.
[28]
guidelin
Aberdeen Proving Ground, 1992.
[29]
[30] M. A. Iqbal, K. Senthil, P. Sharma, an
constitutive behavior of Armox 500T steel and armor piercing incendiary Int. J. Impact Eng., vol. 96, pp. 146 164, 2016.
[31] J. Jiusti et al. 2O3 mosaic armors with gap-filling
Ceram. Int., vol. 43, no. 2, pp. 2697 2704, 2017.
[32]
Mater. Des., vol. 46, pp. 634 639, 2013.
95 [33]
armour imp Int. J. Impact Eng., vol. 100, pp. 102 116, 2017.
[34]
Constr. Build. Mater., vol. 96, pp.
484 490, 2015.
[35]
shape and incidence angle on the ballistic limit and failure mechanism of thick Theor. Appl. Fract. Mech., vol. 62, pp. 40 53, 2012.
[36]
ballistic limit of bi- Procedia Eng., vol. 75, pp. 14
18, 2014.
[37]
high-strength steel plates subjected to small- Int. J. Impact Eng., vol. 36, no. 7, pp. 948 964, 2009.
[38] -layer
alumina/aluminium armor: A semi- Int. J. Impact Eng., vol.
52, pp. 37 46, 2013.
[39] A. Serjouei, G. Gour, X. Zhang, S. Idapal
ballistic limit of bi-layer ceramic Int. J. Impact Eng., vol. 105, pp.
54 67, 2017.
[40]
Mech. Mater., vol. 60, pp. 80 92, 2013.
[41] C. C. Holland, E. A. Gamble, F. W. Zok, V. S. Deshpande, and R. M.
alumina bilayers and Mech. Mater., vol. 91, pp. 241 251, 2015.
96 [42]
polymer Int. J. Solids Struct.,
vol. 88, pp. 337 353, 2016.
[43] aviors and Ballistic
Applied Mechanics and Materials, 2012, vol. 121, pp. 397 400.
[44] I. S. C. Benloulo and V. Sanchez-
Int. J. Impact Eng., vol. 21, no. 6, pp.
461 471, 1998.
[45]
ceramic/multi- Compos.
Struct., vol. 93, no. 2, pp. 548 556, 2011.
[46]
Compos. Part B Eng., vol. 42, no. 4, pp. 771 780, 2011.
[47] D. B. Rahbek, J. W. Simons, B. B. Johnsen, T. Kobayashi, and D. A. Shockey,
Int. J. Impact Eng., vol. 99, pp. 58 68, 2017.
[48]
Int. J. Impact Eng., vol. 22, no. 9 10, pp. 855 886, 1999.
[49] W. Liu et al.
performance of cera Mater. Des., vol. 87, pp. 421 427,
2015.
[50] -element modeling of the ballistic
Int. J. Impact Eng., vol. 28, no. 1, pp. 13 31, 2003.
97 [51] V. B. C. Tan and T.
Int. J. Impact Eng., vol. 32, no. 11, pp. 1737 1751, 2006.
[52] -scale modeling of high-velocity
fragment GFRP penetration for Int. J. Impact Eng.,
vol. 101, pp. 42 48, 2017.
[53]
against the multilayer fabrics in LS- Int. J. Impact Eng., vol. 34, no. 7, pp. 1286 1305, 2007.
[54] C. Ha-
Int. J. Impact Eng., vol. 88, pp. 91 101, 2016.
[55] G. S. Kim, C.-Y. Son, S.-B. Lee, S.-K. Lee,
impact properties of Zr-based amorphous alloy composites reinforced with Metall. Mater. Trans. A, vol. 43, no. 3, pp. 870 881, 2012.
[56] C. Ha- l multi-scale modeling
Comput. Mater. Sci., vol. 50, no. 7, pp. 2172 2184, 2011.
[57]
to various strains, strain rates, t Eng. Fract. Mech.,
vol. 21, no. 1, pp. 31 48, 1985.
[58]
Proc. 7th Inf. Sympo. Ballist., pp. 541 547, 1983.
98 [59] V. S. Deshpande, E. A. N. Gamble, B. G. Compton, R. M. McMeeking, A. G.
J. Am. Ceram. Soc., vol. 94, pp. s204 s214, 2011.
[60]
in ceramics: a mechanism- J. Mech. Phys. Solids, vol.
56, no. 10, pp. 3077 3100, 2008.
[61] I. Crouch, The science of armour materials. Woodhead Publishing, 2016.
[62] -
faced semi- Int. J. Impact Eng., vol. 22, no. 8, pp. 793 811, 1999.
[63]
Int. J. Impact Eng., vol. 24, no. 3, pp.
313 328, 2000.
[64]
Int. J. Fract., vol. 121, no. 3 4, pp. 111 132, 2003.
[65]
28th International Symposium on Ballistics, Atlanta, Georgia, USA, 22-26 September 2014, 1254- 1265, 2014.
[66] Inc., New
York, pp. 31 40, 1994.
[67]
International Symposium on Ballistics, Atlanta, GA, USA, 2014.
[68] -Layer Ballistic Armor Panel with Simulation
99
[69] Cook material
Exp. Mech., vol. 49, no. 6, p. 881, 2009.
[70]
J. Mater. Process. Technol., vol.
211, no. 8, pp. 1457 1464, 2011.
[71] A. Lamberts, M. G. D. Geers, J. A. W. van Dommelen, H. C. de Lange, A.
Eindhoven Univ. Technol., 2007.
[72] T. J. Holmq
aluminum nitride for large strain, high-strain rate, and high-pressure Int. J. Impact Eng., vol. 25, no. 3, pp. 211 231, 2001.
[73] Y.-F. Wang and Z.-
Wear, vol. 265, no. 5 6, pp. 871 878, 2008.
[74]
generation in multi-layer comp Int. J. Impact
Eng., vol. 34, no. 2, pp. 189 204, 2007.
[75]
Compos. Part B Eng., vol. 41, no. 8, pp. 583 593, 2010.
[76]
-piercing projectile on hybrid Int. J. Impact Eng., vol. 43, pp. 63 77, 2012.
100 [77]
15th Int. Symp. on Ballistics, 1995, pp. 283 290.
[78] D. P. Goncalves, F. C. L. De Melo, A. N. Klein, and H. A. Al-
Int. J.
Mach. Tools Manuf., vol. 44, no. 2 3, pp. 307 316, 2004.
[79] D. Tabor, The hardness of metals. Oxford university press, 2000.
[80] W. F. Hosford, Solid mechanics. Cambridge University Press, 2010.
[81]
longitudinal velocity of sound in constructional ceramic materials on pressure and Combust. Explos. Shock Waves, vol. 37, no. 5, pp. 600 606, 2001.
[82]
AIP Conference Proceedings, 1996, vol. 370, no. 1, pp. 491 494.
[83] D. Grady -wave properties of high- Shock
Compression of Condensed Matter 1991, Elsevier, 1992, pp. 455 458.
[84] J. Mech. Phys.
Solids, vol. 15, no. 6, pp. 387 399, 1967.
[85] J. Mech. Phys.
Solids, vol. 17, no. 3, pp. 141 150, 1969.
[86] Part I. A flow field model for high speed
Int. J. Mech. Sci., vol. 28, no. 8, pp. 535 548, 1986.
[87] L. Neckel, D. Hotza, D. Stainer, R. Janssen, and H. A. Al-
of ballistic impact over a ceramic- Adv. Mater. Sci.
101 Eng., vol. 2013, 2013.
[88]
McGraw-Hill, New York, 2002.
[89]
McGraw- New York, pp. 150 233, 1981.
[90]
http://www.mm.bme.hu/~gyebro/files/ans_help_v182/ans_elem/Hlp_E_SOLID 186.html.
102
2019 - Makine
2015 -
2009 -
2008 -
2004
1999 Rauf Orbay
2013 -
2013
2009
2009
Sertifikalar
2011
2010 Belgesi
2010
2009 Penentrantla Muayene Belgesi
2009
2008
