Development of fiber reinforced composite liner for ballistic protection
Balistik koruma için fiber takviyeli kompozit astar geliştirilmesi
- Tez No: 904655
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ DURMUŞ ALİ BİRCAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
Balistik koruma sistemleri modern savunma uygulamalarında kritik bir rol oynamaktadır. Gelişen tehditler ve artan güvenlik gereksinimleri, hafif ve yüksek performanslı malzemelere olan talebi artırmıştır. Parçacık astarı, aracın dış kısmına çarpma sonucu oluşan ve içerideki yolcular için potansiyel ölüm ve yaralanma riski oluşturan şarapnel ve parçacıkların etkisini azaltmak amacıyla, zırhlı araçların içini kaplamak için kullanılan bir Fiber Takviyeli Kompozit (FRC) malzemedir. Birincil amaç, farklı fiber, matris ve Fiber Hacim Oranları'nın (Vf) etkilerini araştırarak çeşitli kompozit parçacık astarı konfigürasyonların balistik performansını değerlendirmektir. Karbon, cam ve aramid fiberlerle birleştirilmiş epoksi, vinilester ve polyester matrisler kullanılarak numune setleri hazırlanmış ve mekanik ve balistik testlere tabi tutulmuştur. Bu çalışmada üretim metodu olarak Reçine Transfer Kalıplama (RTM) yöntemi kullanılmıştır. Parçacık astarı panelleri, balistik direnç üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesi için farklı Vf değerleri (%40, %50 ve %60) ile üretilmişlerdir. Üretilen parçacık astarı panellerinin mekanik özelliklerine ilişkin bir temel oluşturmak için çekme, kayma, basma ve üç nokta eğme testleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, %50 penetrasyon olasılığının olduğu hızı temsil eden V50 değerlerini belirlemek için balistik testler yapılmıştır. Sonuçlar, fiber tipi, matris tipi ve Vf'ye bağlı olarak balistik performansta önemli farklılıklar olduğunu göstermektedir. Fiberler arasında aramid fiber takviyeli kompozitler en yüksek V50 değerlerini göstererek balistik enerjiyi absorbe etme ve dağıtma konusundaki etkinliklerini ortaya koymuştur. Karşılaştırmalı olarak, daha yüksek bir Vf genellikle daha yüksek balistik performans ile ilişkilendirilmiştir. %60 Vf kompozitler, tüm konfigürasyonlarda sürekli olarak en yüksek V50 değerlerini sergilemiştir. Fiber tipi, matris tipi ve Vf arasındaki etkileşimin balistik performans üzerindeki etkisini analiz eden bu çalışma, modern savunma uygulamalarının gelişen gereksinimlerini karşılayarak zırhlı araçların ve personelin beka kabiliyetini artırabilecek gelişmiş kompozit parçacık astarlarının tasarımı ve geliştirilmesi için bir çerçeve sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Ballistic protection systems play a critical role in modern defence applications. Evolving threats and increasing security requirements have increased the demand for lightweight and high-performance materials. Spall liner is a Fiber Reinforced Composite (FRC) material used for lining the interior of armoured vehicles to reduce the effect of shrapnel and fragments which poses a potential risk of death and injury to occupants inside caused by impact on the exterior of the vehicle. The primary objective was to evaluate the ballistic performance of various composite configurations by exploring the effects of different fibers, matrices, and Fiber Volume Fractions (Vf). The sets of samples were prepared and subjected to mechanical and ballistics tests using epoxy, vinylester, and polyester matrices combined with carbon, glass, and aramid fibers. In this study, Resin Transfer Moulding (RTM) method was used as the production method. The spall liner panels were fabricated with different Vf values (40%, 50% and 60%) to evaluate their effect on ballistic resistance. Tensile, in-plane shear, compression, and three-point bending tests were performed to establish a baseline for the mechanical properties of the produced spall liner panels. Subsequently, ballistics tests were conducted to determine the V50 values, which represent the velocity at which there is a 50% probability of penetration. The results indicate significant differences in ballistic performance based on the fiber type, matrix type, and Vf. Among the fibers, the aramid fiber composites demonstrated the highest V50 values, highlighting their effectiveness in absorbing and dissipating ballistic energy. Comparatively, a higher Vf is generally correlated with enhanced ballistic performance. The 60% Vf composites consistently exhibited the highest V50 values across all the configurations. By analyzing the effect of the interaction between fiber type, matrix type and Vf on ballistic performance, this study provides a framework for the design and development of advanced composite spall liners that can enhance the survivability of armoured vehicles and personnel by meeting the evolving requirements of modern defence applications.
Benzer Tezler
- Zırh üretiminde kullanılan kompozit malzemelerin üretim yöntemleri ve mekanik verimliliğinin incelenmesi
Investigation of production methods and mechanical efficiency of composite materials used in armor construction
MUSTAFA TOMBUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiAmasya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN KAZAN
- Improvement of polyethylene fibers wettability and mechanical properties through an environmentally sustainable spinning process
Sürdürülebilir çevreci bir üretim yaklaşımı ile polietilen elyafın ıslanabilirlik davranışı ve mekanik özelliklerinin geliştirilmesi
AYBENİZ SEYHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KILIÇ
DOÇ. DR. HÜSEYİN AVCI
- DESIGN AND PRODUCTION OF LIGHT-WEIGHT PRESSURE RESISTANT COMPOSITE TANK MATERIALS AND SYSTEMS FOR HYDROGEN STORAGE
HİDROJEN DEPOLANMASI AMAÇLI YÜKSEK BASINCA DAYANIKLI HAFİF KOMPOZİT TANK MALZEMELERİNİN VE SİSTEMLERİNİN TASARLANMASI VE ÜRETİMİ
OSMAN KARTAV
Doktora
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN TANOĞLU
- Havacılık taşıtlarındaki uygulamalar için karbon lif takviyeli kompozit yüksek basınç/yakıt tankı tasarımı ve üretimi
High pressure/fuel vessel reinforced with carbon fiber composite design and production for aerospace applications
OĞUZ ERYILMAZ
Doktora
Türkçe
2022
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiMarmara ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERHAN SANCAK
- Design, analysis and verification of conventional and non-conventional cylindrical cfrp composite shell with optimized cutout under the effect of combined loading
Üzerinde kesitler olan geleneksel ve geleneksel olmayan silindirik karbon fiber kompozit polimer kabuğun bileşik yükleme altında tasarım, analiz ve doğrulanması
MANSUR ÇELEBİ
Doktora
İngilizce
2017
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. ZAFER GÜRDAL