Numerical analysis of ballistic and shaped charge impact on metal targets
Metal hedefler üzerinde balistik ve boşluklu imla hakkı çarpmasının sayısal analizi
- Tez No: 808871
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TUNCAY YALÇINKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Bu tez, sonlu elemanlar (FE) ve düzleştirilmiş parçacık hidrodinamiği (SPH) yöntemlerini kullanarak, balistik ve boşluklu imla hakkı darbesine maruz kalan metal hedeflerin davranışının sayısal bir incelemesini sunmaktadır. Çalışma, farklı hasar modellerinin ve çeşitli konfigürasyonlar için modelleme tekniklerinin derinlemesine bir analizini kapsar ve elde edilen sonuçlar, literatürdeki mevcut deneysel testler kullanılarak doğrulanmıştır. Sayısal sünek hasar modellemesi, Johnson-Cook (JC) ve modifiye edilmiş Mohr-Coulomb (MMC) kırılma modelleri aracılığıyla simüle edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, literatürdeki mevcut deneysel testler kullanılarak doğrulanmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, 2024-T351 alüminyum hedef üzerinde darbe açısının, hedef plaka kalınlığının ve mermi burun şeklinin balistik etki üzerindeki etkileri incelenmektedir. Hedef plakanın davranışı, FE ve SPH yöntemleri kullanılarak JC ve MMC hasarı kullanılarak karşılaştırılmıştır. Ardından, zırh çeliği Armox 500T'nin JC ve MMC hasar modellerine yönelik malzeme parametreleri, literatürdeki mevcut deneysel veriler kullanılarak kalibre edilip, çekme ve balistik darbe testi simülasyonlarıyla doğrulanmıştır. Ayrıca, Armox 500T çelik hedefin balistik performansı, değişen hedef kalınlığı, çarpma açısı ve mermi burnu şekli ile bu hasar modelleri kullanılarak tartışılmaktadır. Son olarak, jet oluşum sürecini ve metal hedefler üzerindeki penetrasyon performansını araştırmak için boşluklu imla hakkı etkisinin sayısal bir analizi yapılmıştır. Bu süreç, ağırlıklı olarak ağır zırhlı araçlara karşı veya metal kesme ve petrol kuyusu tamamlama gibi sivil uygulamalarda kullanılır. Konik ve çanak şekilli astar geometrileri, mermi şekli üzerindeki etkilerini gözlemlemek için çeşitli konfigürasyonlarla simüle edilmiş ve penetrasyon kabiliyeti de incelenmiştir. Farklı eğiklik ve hedef kalınlıklarına sahip patlayarak şekillendirilmiş mermilerin (EFP) balistik performansı incelenmiş ve FE ve SPH yöntemleri karşılaştırılarak tartışılmıştır. #45 ve Armox 500T çelikleri hedef malzeme olarak kullanılmış, malzeme davranışı ve hasar mekanizmaları JC modeli kullanılarak modellenmiştir. Sonuçlar, parametre değişikliğine ve hasar modellerine en hassas olan küt mermilerin olduğunu göstermektedir. Ayrıca FE, kırılma mekanizmasını tahmin etmede SPH yönteminden daha iyi performans gösterir; ancak, SPH artık hız ve delik çapı sonuçlarını elde etmek için kullanılabilir. Ayrıca, JC ve MMC'nin performansı farklı konfigürasyonlar için değişiklik göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a numerical study of the behavior of metal targets subjected to ballistic impact and shaped charge impact, utilizing finite element (FE) and smoothed particle hydrodynamics (SPH) methods. The study encompasses an in-depth analysis of different damage models and modeling techniques for various configurations, and the obtained results are validated using available experimental tests from the literature. Numerical modeling of ductile failure is simulated through the Johnson-Cook (JC) and modified Mohr-Coulomb (MMC) uncoupled damage models. Obtained results are validated using available experimental tests from the literature. In the first part of the study, the effects of impact angle, target plate thickness, and projectile nose shape on ballistic impact are investigated on aluminum alloy 2024-T351. The behavior of the target plate is compared using JC and MMC damage by utilizing FE and SPH methods. Then, material parameters for JC and MMC damage models of armor steel Armox 500T are calibrated using available experimental data from the literature and validated by tensile and ballistic impact test simulations. Furthermore, the ballistic performance of the Armox 500T steel target is discussed using these damage models with varying target thickness, impact angle, and projectile nose shape. Finally, a numerical analysis of shaped charge impact is conducted to investigate the jet formation process and its penetration performance on metal targets. This process is mainly used against heavily armored vehicles or in civil applications such as metal cutting and oil well completion. Conical and bowl-shaped liner geometries are simulated with various configurations to observe their effects on projectile shape and penetration capability is also studied. The ballistic performance of explosively formed projectiles (EFP) with different obliquity and target thicknesses are investigated and discussed by comparing FE and SPH methods. #45 and Armox 500T steels are used as the target materials, and the material behavior and failure mechanisms are modeled using the JC model. The results demonstrate that blunt projectiles, which are the most sensitive to parameter change and damage models. Moreover, FE outperforms the SPH method in predicting failure mechanisms; however, SPH can be useful for predicting residual velocity and hole diameter results. Furthermore, the performance of JC and MMC varies for different configurations.
Benzer Tezler
- Kompozit plakların balistiğinde bazı basitleştirilmiş yaklaşımların sayısal irdelenmesi
Numerical investigation of some simplified approaches in composite plate ballistics
UĞUR DOĞAN
Doktora
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİN SÜNBÜLOĞLU
- Numerical simulation of charring ablation coupled with computational fluid dynamics
Kömürleşerek aşınan yalıtım malzemelerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile eşzamanlı nümerik analizi
ÇETİN OZAN ALANYALIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ÖZYÖRÜK
- Ökzetik çekirdeğe sahip sandviç plakların parçacık etkili patlama yükü altında dinamik davranışı
Dynamic behavior of sandwich plates with auxetic core under particle induced-blast load
SERCAN BOSTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
- 6063, 6061, 6082 alüminyum malzemeden imal edilmiş menfez yapılarında mermi çarpması sonucunda oluşan etkiler
The effects of bullet shape on the ballistic performances of 6063, 6061, 6082 aluminum alloy louvers
SERTAÇ DEMİREZEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH USTA
- Bilgisayar destekli yüksek hızlarda çarpma analizi
Use of CAD/CAE systems for impact and penetration analysis
OSMAN İYİBİLGİN
Doktora
Türkçe
2004
Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
UZMAN ABDULLAH MİMAROĞLU