Comprehensive multi-scale evaluation of polymer-filled additive structures under ballistic loading
Balistik yükleme altındaki polimer dolgulu katmanlı yapıların kapsamlı çok ölçekli değerlendirmesi
- Tez No: 968422
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET FATİH ÖKTEM, DR. ÖĞR. ÜYESİ İDRİS TUĞRUL GÜLENÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Metallurgical Engineering, Polymer Science and Technology, Defense and Defense Technologies
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 85
Özet
Bu çalışma, NIJ Seviye III standartlarında, 7.62x51 mm FMJ (M80) tipi mühimmat ile gerçekleştirilen yüksek hızlı balistik darbeye maruz kalan, katmanlı imalat yöntemiyle üretilmiş polimer dolgulu kafes yapılarının kapsamlı çok ölçekli değerlendirmesini sunmaktadır. Dört farklı yapı numerik olarak incelenmiştir: (i) tamamen yoğun 316L paslanmaz çelik yapı, (ii) polimer dolgusuz gözenekli altıgen kafes yapı, (iii) sadece poliüre ile doldurulmuş gözenekli yapı ve (iv) PMMA ile poliürenin birlikte kullanıldığı hibrit yapı. Bu konfigürasyonlardan üçü (boş, poliüre dolgulu ve hibrit yapı) fiziksel olarak üretilmiş ve deneysel balistik testlere tabi tutulmuştur. Balistik simülasyonlar ANSYS® Explicit Dynamics ile yürütülmüş; titreşimsel özellikler sonlu eleman yöntemiyle modal analiz ve IQmol™ ile Q-Chem™ kullanılarak gerçekleştirilen kuantum kimyasal hesaplamalar yoluyla analiz edilmiştir. Modal analiz, küresel ve lokal deformasyon eğilimlerine ışık tutarken; kuantum düzeyindeki titreşim verileri, özellikle polimerlerdeki N–H ve C=O fonksiyonel grupların sönümleme mekanizmalarındaki etkisini ortaya koymuştur. Sayısal analizlerde en düşük delme derinliği tam yoğunluklu yapıda (2.12 cm) gözlemlenirken, hibrit (2.55 cm), poliüre dolgulu (2.67 cm) ve boş yapı (2.95 cm) daha yüksek değerler sergilemiştir. Ancak deneysel balistik testler ters bir sıralama ortaya koymuştur: boş gözenekli yapı, yapısal gevşeme ve yaygın enerji dağılımı sayesinde en düşük delme derinliğini (18.26 mm) göstermiştir. Poliüre dolgulu yapı 18.65 mm, hibrit yapı ise 21.77 mm delme derinliği ile boş gözenekli yapıyı takip etmiştir. Travma çapı analizi, performans yorumunu daha da detaylandırmıştır. Hibrit yapı, en yüksek delme derinliğine sahip olmasına rağmen en küçük arka yüz deformasyonunu (18.15 mm) göstermiştir. Bu durum, PMMA yüzey katmanının darbeyle birlikte degradasyona uğrayarak enerjiyi daha lokalize bir alana hapsetmesi ve merminin daha doğrusal bir yörüngede ilerlemesine yol açması ile açıklanmıştır. Böylece delme artarken, lateral hasar azaltılmıştır. Buna karşılık, boş yapıda delme en az olsa da travma çapı en büyük olmuştur (22.30 mm). Bu çelişkili durum, enerjinin tüm yapı boyunca yayılmasıyla merminin ileri yönlü hareketinin azalması; ancak yapıda geniş alana yayılan tramvanın oluşmasıyla açıklanmaktadır. Elde edilen bulgular, doldurulmuş yapıların sayısal ortamda enerji sönümleme kapasitesini artırsa da gerçek dünyadaki davranışın gevşeme dinamikleri, malzeme degradasyonu ve gerilme yayılım yolları gibi çok katmanlı etkilerin belirleyici olduğunu ortaya koymaktadır. Yapısal tasarım, malzeme seçimi ve çok ölçekli analizlerin sinerjisi, yeni nesil koruyucu sistemler için mimari tasarıma sahip kompozitlerin potansiyelini güçlü bir şekilde ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
This study presents a comprehensive multi-scale evaluation of additively manufactured lattice structures reinforced with polymeric fillers, subjected to high-velocity ballistic impact in accordance with NIJ Level III standards using 7.62x51 mm FMJ (M80) rounds. Four configurations were modeled numerically: (i) fully dense bulk 316L stainless steel, (ii) unfilled porous hexagonal lattice, (iii) polyurea filled porous structure, and (iv) a hybrid configuration incorporating both PMMA and polyurea as dual phase fillers. Among these, three configurations—the unfilled lattice, polyurea-filled, and hybrid—were physically fabricated and tested experimentally. Ballistic simulations were conducted using ANSYS® Explicit Dynamics, while vibrational properties were assessed through finite element modal analysis and quantum chemical calculations using IQmol™ and Q-Chem™. Modal analysis revealed distinct global versus localized deformation trends, and quantum-level vibrational data provided insight into molecular damping mechanisms, particularly those driven by N–H and C=O functional groups in the polymers. Numerically, the lowest simulated penetration was observed in the bulk configuration (2.12 cm), followed by the hybrid (2.55 cm), polyurea-filled (2.67 cm), and unfilled lattice (2.95 cm). However, experimental testing revealed an inverted trend: the unfilled lattice achieved the shallowest penetration (18.26 mm), attributed to geometric relaxation and widespread energy redistribution, while the polyurea-filled and hybrid samples reached 18.65 mm and 21.77 mm, respectively. Trauma diameter analysis further refined the interpretation. The hybrid configuration exhibited the smallest back face deformation (18.15 mm), despite its deeper penetration. This behavior was linked to initial degradation of the PMMA surface layer, which localized energy absorption and forced the projectile into a more linear path, increasing penetration but limiting lateral damage. In contrast, the unfilled lattice showed the largest trauma diameter (22.30 mm) but the least penetration. This paradox was explained by stress being distributed across the entire structure, significantly reducing the projectile's forward momentum, but simultaneously causing widespread trauma. These findings demonstrate that while filled configurations enhance energy absorption in simulations, real-world behavior is governed by complex factors such as relaxation dynamics, material degradation, and stress propagation paths. The synergy between structural design, material selection, and multi-scale analysis confirms the potential of architected composites for next-generation protective applications.
Benzer Tezler
- Elektrohidrolik bir sisteminin darbe eni modüleli kayan kipli kontrolü
Pulse width modulated sliding mode control of an electrohydraulic system
SALİH DEDEOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Mekatronik MühendisliğiBozok ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İLHAMİ YİĞİT
- Politainment (Eğlenceli siyaset) kavramı bağlamında Türkiye'de siyasal seçim kampanyalarının analizi
An analysis of the concept of politainment within the framework of Turkish election campaigns
MELTEM DİLEK ACARLI
Doktora
Türkçe
2014
Siyasal BilimlerMaltepe Üniversitesiİletişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PEYAMİ ÇELİKCAN
- Resimlendirmelerin fen derslerinde okuma anlamaya etkisi
Başlık çevirisi yok
BERRAK KOCAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Eğitim ve ÖğretimUşak Üniversitesiİlköğretim Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. METİN DEMİR
- Farklı kan gruplarına sahip sağlıklı kişilerde lipit profili, paraoksonaz 1 (pon1) ve arilesteraz aktivitelerinin değerlendirilmesi
Assessment of lipid profile, paraoxonase 1 (pon1) and arylesterase activities in healthy individuals with different blood types
HATİCE EREN
- Dı tradîsyona dengbêjıya kurdî de şakıro (jıyan û berhem)
Kürt dengbejlik geleneğinde dengbej şakıro (hayatı ve eserleri)
SERDAR ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Kürtçe
2014
Halk Bilimi (Folklor)Mardin Artuklu ÜniversitesiKürt Dili ve Kültürü Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAYRULLAH ACAR