Geri Dön

Investigation of behaviour of an optical unit under tank gun fire shock

Optik birimin tank atış şoku altındaki davranışının incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 894490
  2. Yazar: ALİ SAMET DAVARCIOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. EKREM TÜFEKCİ, DR. TOLGA DURSUN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Savunma ve Savunma Teknolojileri, Defense and Defense Technologies
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 113

Özet

Bu tez, bir optik birimin tank atışı altında maruz kaldığı mekanik şokun sayısal ve deneysel yöntemlerle incelenmesini içermektedir. Namlu referans kolimatörü (NRK) olarak adlandırılan bu birim, tankta namlu ucunda namlunun tank atış şokuna veya sıcak ya da soğuk hava gibi namlunun maruz kaldığı çevresel özelliklere göre namlunun deformasyonunu ölçerek görüş hattının taksimatı ile atış hattının taksimatını bir araya getirerek hizalamak için kullanılmaktadır. Tankta bu optik birimin kullanılması aynı zamanda tankın ilk atımda vuruş ihtimalini de arttırmaktadır fakat bu birimin de aynı zamanda tankın atış anında maruz kaldığı yüksek mekanik şoka karşı dayanabilmesi beklenmektedir. Namlu referans kolimatörü bir adet optik lens, NRK gövdesi, lens gövdesi, sıkıştırıcı, conta, aralayıcı ve yapıştırıcıdan meydana gelmektedir. NRK içerisinde yer alan yapıştırıcı ise lens gövdesi ile optik lens arasında kullanılmaktadır. Şok etkisi altında optik lenste kırılma, lens/lens yuvası ile yapıştırıcı arasında ayrılma veya yapıştırıcıda kırılma meydana gelebilmektedir. Bu çalışma kapsamında yukarıda belirtilen tüm hasar şekilleri modellenerek detaylı olarak incelenmiştir. NRK'nın üretim sürecinde kabul testleri çerçevesinde uygulanan şok testleri ile birlikte tankta atış anında maruz kaldığı mekanik şok karşısındaki davranışı incelenmiştir. Bu davranışı incelemek için hem sayısal hem de deneysel yöntemlerle analizler ve testler gerçekleştirilmiş olup, bu testlerin karşılaştırma sonuçları ise hata oranları ile birlikte tez sonunda verilmiştir. Öncelikle sayısal analiz için 3D model oluşturulmuş ve bu modelde analiz süresini kısaltmak için bazı sadeleştirmeler yapılmıştır. Bu sadeleştirmeler kapsamında analize etki etmeyecek komponentler modelden silinmiştir. Bu sadeleştirmeler sonrasında kritik olan ve incelenmek istenen lens yuvası için ANSYS yazılımında model analiz uygulanarak doğal frekansları hesaplanmıştır. Ardından kritik mod için elde edilen doğal frekanslar hem diğer analizlerde minimum zaman aralığı hesabında hem de deneysel olarak elde edilen datanın SRS verisinde zaman verisine çevrilmesinde kullanılmıştır. Modal analiz sonrasında ANSYS LS-Dyna modülü kullanılarak toplamda dokuz farklı eksplisit (açık) dinamik analiz gerçekleşmiştir. Bunlardan dört tanesi deneysel olarak da gerçekleştirildiği şekilde conta ve sıkılaştırıcı malzemeler kullanılmadan ilgili dataya 1000 g 0.5 ms, 1500 g 0.5 ms,1700 g 0.5 ms ve 40000 g 0.5 ms yarım sinüs şok verilecek şekilde analizler gerçekleştirilmiştir. Bir diğer üç sayısal analizde ise conta ve sıkılaştırıcı kullanılarak 1000 g 0.5 ms yarım sinüs şoku girdi olarak verilmiş olup, burada yapıştırıcı değişken olarak tutulmuştur. Yapıştırıcının farklı miktarlarda kullanımı ve farklı lokasyonlara uygulanmasının etkisi sayısal çalışmalar kapsamında analiz edilmiştir. Sekizinci analizde lensin kırıldığı minumum hız hesaplanmıştır. Bunun için ise analizde NRK gövdesi, lens gövdesi, lens ve sıkılaştırıcı kullanılmıştır ve lens ile sıkılaştırıcı arasındaki boşluk kısaltılarak lense ilk hız verilmiştir. Bu analiz kapsamında lense 100 m/s ilk hız verilerek analiz gerçekleştirilmiş, sonrasında 5 m/s'lik hızla düşüş gerçekleştirilerek minumum hangi hızda lensin kırıldığı gözlemlenmiştir. NRK gövdesi, lens gövdesi, yapıştırıcı ve lensin kullanıldığı son sayısal analizde ise lense verilen ilk hız ile lens ve yapıştırıcının minumum hangi hızda koptuğu gözlemlenmiştir. Yine bir önceki analizde olduğu gibi bu analizde de lense ilk olarak 100 m/s ilk hız verilmiş olup bu hız her analizde 5 m/s düşürülerek minumum hangi hızda koptuğu gözlemlenmiştir. Eksplisit analizler kapsamında lens için Johnson-Holmquist-2 (JH-2) malzeme modeli, NRK gövdesi, lens gövdesi ve sıkılaştırıcı gibi metalik parçalar için basitleştirilmiş Johnson-Cook malzeme modeli, conta için ise Ogden hiperelastik malzeme modeli ve yapıştırıcı için elastik malzeme modelleri kullanılarak bu komponentlerin dinamik yükler etkisi altındaki davranışının doğru şekilde modellenmesi hedeflenmiştir. LS-Dyna'da yapılan modellerin ağ yapısının (mesh) oluşturulması için kompleks ve daha az deformasyonun olduğu elemanlar için tetrahedron elamanlar, görece deformasyonun daha fazla olduğu bölgelerde ise hexahedron elemanlar kullanılmıştır. Buna göre çelik malzemelere tetrahedron, geri kalan tüm malzemelere ise hexahedron eleman atılmıştır. Ağ yapısının oluşturulması sonrasında ağların en boy oranlarına (aspect ratio) bakıldığında lokal bölgelerde bu oranın 16'yı geçmediği görülmektedir. Yapıştırıcı bölgesi gibi kritik lokasyonlarda ise en boy oranının sıfıra yakın olduğu görülmüştür. Deneysel çalışmalar kapsamında öncelikle tank namlu ucunda bulunan NRK'nın montajının yapıldığı yerden PCB marka 3 yönlü ivmeölçerler yardımıyla veri alınmıştır. Tankta bu verinin alınması için 10 adet DM63 APFSDS zırh delici mühimmat ile atış gerçekleştirilmiş olup DEWESOFT cihazı ile ilgili veri kaydedilmiştir. Bu çalışmada tank namlusunda en yüksek şok miktarını oluşturacağı için DM63 mühimmatı seçilmiştir. Testlerde toplanan ham veriler“nCode 13.1”yazılımı ile işlenerek şok profilleri elde edildi ve buna göre de şok tepki spektrumu hesaplanmıştır. NRK birimi için namlu ucundan alınan ölçümün şok tepki spektrumu, bu bölge daha yüksek ve daha geniş bir frekans bandında şok yüklemesine maruz kaldığı için 10-100000 Hz aralığında hesaplanmıştır. Sonrasında“nCode”yazılımı kullanılarak bir yarım sinüs zaman serisi oluşturulmuştur. Modal analizden en kritik frekansın 30000 Hz bandında olduğu bilinerek, 30000 Hz bandında toplanan şok tepki spektrumunu kapsayan bir yarım sinüs oluşturulmuştur ve bu veri de 40000 g 0.02 ms yarın sinüs şokuna tekabül etmektedir. Deneysel çalışmalar kapsamında tanktan veri elde edilmesinin yanı sıra lens yuvası içerisinde yapıştırıcının bulunduğu alanı tam olarak doldurup doldurmadığını görmek ve lensin eşmerkezli yerleştirilip yerleştirilmediğini gözlemlemek için lens yuvası radyografik muayenede incelenmiştir. Bu kapsamda yapıştırıcı kullanılarak montajı yapılan lens grubu ile yapıştırıcı kullanılmadan montajı yapılan lens grubu ayrı ayrı radyografik muayeye sokulmuştur. Bu deneyel çalışmalar sonucunda lens ile gövde arasındaki boşluğun neredeyse tamamının yapıştırıcı ile dolduğu gözlemlenmiş fakat lens ile lens gövdesi arasında tam olarak eşmerkezli montajının gerçekleşmediği görülmüştür. Buradaki eksenel kaçıklığın ise analiz sonuçlarına etki edebileceği değerlendirilmiştir. Deneysel çalışmalar kapsamında son olarak ise piroşok test cihazı ile NRK 3 farklı ivmeye maruz bırakılmıştır. Bu ivmeler sayısal analizde de verildiği üzere 1000 g 0.5 ms, 1500 g 0.5 ms ve son olarak 1700 g 0.5 ms'dir. Bu analizler gerçekleştirilirken lensin önünde conta ve sıkıştırıcı kullanılmamıştır. Bu çalışma sırasında NRK'nın gövdesinin üzerinden ve lensin üzerinden birim uzama ölçer kullanılarak farklı şok uygulamalarına karşı malzeme üzerinde oluşan birim uzamalar kaydedilmiştir. Lens üzerinde 2 yönlü T-Rozet ve NRK gövdesi üzerinde ise 3 yönlü HBM marka birim uzama ölçer kullanılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda NRK'nın hem kabul testleri kapsamında uygulanan şoklara hem de tankta atış anında meydana gelen şoka dayanabildiği yapıştırıcı konfigürasyonu elde edilmiştir. Deneysel ve sayısal yöntemlerle elde edilen veriler karşılaştırılarak piroşok cihazı üzerinden elde edilen birim uzama miktarları ile analizde meydana gelen birim uzama miktarlarının az bir hata oranıyla uyuştuğu gözlemlenmiş ve bu şekilde analizde doğru sonuçlar verdiği kanıtlanmıştır.

Özet (Çeviri)

The objective of this study is to investigate the structural integrity of the optical unit under the tank gun fire shock. The optical unit called as muzzle reference sensor is fixed to the muzzle end of the gun barrel. Muzzle Reference Sensor (MRS) is used to measure the gun barrel deflection during firing and to boresight line of sight and line of fire. MRS plays an important role in tank ballistics control systems by increasing the first shot hit probability. However, the MRS is subject to very high shock loadings, that has to withstand. The MRS is composed of an optical lens, MRS housing, lens housing, retainer, shim and o-ring. The optical lens is bonded to the metallic lens housing using epoxy adhesive. The behaviour of MRS under real tank gun fire shocks is investigated by using ANSYS LS-Dyna software. Four different types of shock loadings are applied during the numerical analysis. Three of them are 1000 g 0.5 ms, 1500 g 0.5 ms and 1700 g 0.5 ms half-sine shocks. Lastly, to simulate real tank gun fire shock 40000 g 0.02 ms half-sine shock is applied. The behaviour of MRS under shock loading is investigated using different amounts of adhesive and changing its locations. Together with those analyses, other two analyses are performed to find out minimum initial velocity in which lens is broken and adhesive is failed. Totally, nine various types of finite element analyses except for modal analysis are performed. In addition to numerical analyses, experimental studies are applied to determine the shock response spectrum data from the real tank gun fire at the muzzle end by using accelerometers. Furthermore, lens assembly is inspected by radiographic testing to observe both the concentricity of the lens assembly and the amount of adhesive. Lastly, within the scope of experimental shock tests, a pyroshock testing equipment is used and during the pyroshock tests strain-gauges are applied both on the top of the MRS housing and on lens to obtain strain result for 1000 g 0.5 ms, 1500 g 0.5 ms and finally 1700 g 0.5 ms half-sine shocks. Several configurations of MRS are investigated by carrying out extensive numerical and experimental studies for only one tank gun fire shock, but the MRS has to withstand excessive amount of successive tank gun fire shocks without any failure. Numerical analyses indicate that stress and strain values are so low for one tank gun fire shock that the unit can endure high number of tank gun fire shocks as well.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    841752

    Petrol rafinelerindeki yangınların CFD ile modellenmesi

    CFD modeling of fires in oil refines

    AHMET ABDULLAH

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Makine MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Yangın ve Yangın Güvenliği Anabilim Dalı

    DOÇ. DR. GÖKHAN COŞKUN

  2. Tez No

    222063

    Mekanik alaşımla yöntemi ile üretilen sic takviyeli alüminyum kompozitlerin aşınma davranışlarının incelenmesi

    An investigation into the wear behaviour of sic reinforced aluminium composites synthesised by mechanical alloying

    HASAN ALİ CEBECİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Teknik EğitimKarabük Üniversitesi

    Teknik Eğitim Bölümü

    YRD. DOÇ. DR. İSMAİL KARACAN

  3. Tez No

    252151

    Oksit kaplı titanyum ve alaşımlarının yorulma davranışının incelenmesi

    Investigation of fatigue behavior oxide coated titanium and its alloy

    MEHMET CİNGİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU

  4. Tez No

    350446

    Tellürit sistemlerin camlaşma davranışlarının,cam özelliklerinin ve termokromik davranışlarının incelenmesi

    Investigation of glass formation behavior, glass properties and thermochromic behavior of tellurite systems

    MİRAY ÇELİKBİLEK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SÜHEYLA AYDIN

  5. Tez No

    639337

    Lif türü ve miktarının çimento esaslı kompozitlerin tekrarlı yükler altındaki performansına etkisinin incelenmesi

    Investigation of the effect of fiber type and amount on the performance of cement-based composites under repetitive loading

    MERT TATARCA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Mühendislik BilimleriDokuz Eylül Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BURAK FELEKOĞLU

Geri Dön