Çelik ve kompozit malzemelerin birleşimiyle balistik zırh tasarımının performansının sonlu elemanlar yöntemiyle analizi ve optimizasyonu
Analysis and optimization of the performance of ballisticarmor design using the combination of steel and compositematerials with finite element method
- Tez No: 977182
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MURAT MAKARACI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Savunma ve Savunma Teknolojileri, Defense and Defense Technologies
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde hızla değişen güvenlik dinamikleri, özellikle kentsel çatışmalar ve artan balistik tehditler karşısında, savunma sistemlerinden yalnızca yüksek koruma değil; aynı zamanda hafiflik, taşınabilirlik ve stratejik esneklik de beklenmesini zorunlu kılmıştır. Geleneksel çelik zırhlar yüksek mukavemet sunmakla birlikte, ağırlıkları sebebiyle modern mobil platformlar için yetersiz kalmaktadır. Bu noktada, çelik ve gelişmiş kompozit malzemelerin sinerjik birleşimiyle oluşturulan hibrit zırh sistemleri, yeni nesil tehditlere karşı dengeli ve etkili çözümler sunmaktadır. Bu çalışmanın temel amacı, çelik ve kompozit katmanlardan oluşan çok katmanlı balistik zırh yapılarının, sayısal yöntemlerle balistik performansını analiz etmek ve optimum tasarım parametrelerini belirlemektir. Bu kapsamda, sonlu elemanlar yöntemi (FEA) kullanılarak; farklı malzeme kombinasyonları, katman kalınlıkları ve dizilim yapılarına sahip modeller detaylı şekilde simüle edilmiştir. Enerji sönümleme kapasitesi, arka yüz deformasyonu ve sistem ağırlığı gibi kritik performans kriterleri çerçevesinde en verimli zırh konfigürasyonları ortaya konmuştur. Yüksek mukavemetli çeliklerin darbe dayanımı ile kompozit malzemelerin hafiflik ve enerji emme avantajlarını birleştiren bu hibrit yapıların, yalnızca deneysel yöntemlerle optimize edilmesi oldukça maliyetli ve zaman alıcıdır. Bu nedenle, bu tezde kullanılan ileri düzey sonlu elemanlar modellemesi, hızlı, ekonomik ve yüksek doğrulukta sonuçlar sunarak sektörel Ar-Ge süreçlerine katkı sağlamaktadır. Elde edilen bulgular, zırh sistemlerinin başarısının sadece kullanılan malzeme türünden değil; aynı zamanda katman sıralaması, kalınlık oranları ve malzeme davranışlarının doğru modellenmesinden geçtiğini göstermektedir. Bu çalışma, savunma sanayii başta olmak üzere, balistik koruma teknolojilerine yönelik yenilikçi, maliyet-etkin ve yüksek performanslı çözümlerin geliştirilmesine ışık tutmakta; aynı zamanda akademik ve endüstriyel çalışmalara sağlam bir bilimsel temel sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In today's rapidly evolving security landscape—marked by urban conflicts and increasing ballistic threats—defense systems are expected to provide not only high levels of protection, but also lightweight construction, portability, and strategic flexibility. While conventional steel armors offer high strength, their weight renders them inadequate for modern mobile platforms. At this point, hybrid armor systems—formed by the synergistic combination of steel and advanced composite materials—offer balanced and effective solutions against next-generation threats. The primary aim of this study is to analyze the ballistic performance of multi-layered armor structures composed of steel and composite layers using numerical methods, and to determine their optimum design parameters. Within this scope, the finite element method (FEM) was employed to simulate a range of models with varying material combinations, layer thicknesses, and stacking sequences in detail. The most efficient armor configurations were identified based on critical performance criteria such as energy absorption capacity, backface deformation, and overall system weight. Hybrid structures that combine the impact resistance of high-strength steels with the lightweight and energy-absorbing characteristics of composite materials are costly and time-consuming to optimize through experimental methods alone. Therefore, the advanced finite element modeling utilized in this thesis provides fast, cost-effective, and high-accuracy results, thereby contributing significantly to industrial R&D processes. The findings demonstrate that the effectiveness of armor systems depends not only on the type of materials used, but also on the correct modeling of material behaviors, the sequence of layers, and their relative thickness ratios. This study sheds light on the development of innovative, cost-efficient, and high-performance solutions in ballistic protection technologies—particularly in the defense industry—and provides a solid scientific foundation for both academic and industrial research.
Benzer Tezler
- Konvansiyonel beton ile kompozit döşemeler sistemlerinin karşılaştırması
Comparison of conventional concrete and composite floor systems
ALAA IDIN ALANEED
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşaİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMER FARUK KÜLTÜR
- Sıcaklık genleşmesi farklı iki malzemeden yapılmış levhalarda termal gerilmelerin analizi
A thermal stress analysis on plates produced by two materials with different thermal expansions
TUĞBA BAYTAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN BULUT
- Çelik lif donatılı betonların performansa dayalı tasarımı ve optimizasyonu
Optimization and performance based design of steel fiber reinforced concretes
MUHSİN YALÇIN
Doktora
Türkçe
2009
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANAN TAŞDEMİR
- Karbon fiber ve çelik ağ takviyeli kompozit malzemelerin mekanik özellikleri ve darbe hasar analizi
Mechanical properties and impact damage analysis of carbon fiber and steel mesh reinforced composite materials
İSMAİL MELİH YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Otomotiv MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDULKADİR CENGİZ
- Nükleer reaktörlerde kullanılmak üzere çelik ve metal tabanlı kompozit malzemelerin tasarımı, üretimi ve radyasyon etkileşim parametrelerinin belirlenmesi
Determination of design, production and radiation interference parameters of steel and metal base composite materials using nuclear reactors
FERİT AHMET ORBEYİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
EnerjiSinop ÜniversitesiNükleer Enerji ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. TURGAY KORKUT