Development of multi-layer ballistic armor panel with simulation and ballistic tests - Kılıç, Namık (My University, 2014)
Perfore delikli zırh plakaları uzun yıllardır zırhlı araçlarda balistik koruma seviyesini arttırmak amacıyla kullanılmaktadır. Teorik olarak, mühimmat perfore plakanın üstündeki bir deliğin kenarına çarptığında, merminin yüksek sertlikteki çekirdeği üstünde bir eğme gerilmesi oluşmasına ve böylece kırılmasına veya merminin gelme açısını değiştirerek delme kabiliyetinin azalmasına sebep olmaktadır. Merminin çekirdeğinin kırılması veya gelme açısının değişmesi mühimmatın zırh tarafından daha kolay durdurulmasını sağlayacağı için perfore delikli yapılar ağırlık açısından hafif zırh çözümlerinde kullanılabilir. Bu çalışmada, perfore delikli yüksek sertlikteki zırh çeliği plakaların 7.62x54 zırh delici mermi karşındaki davranışı testler ve numerik analizlerle incelenmiştir. Perfore levhalar üstündeki balistik davranış karmaşık olduğu için, gerek balistik testler gerekse simülasyonlar öncelikle 9 ve 20 mm kalınlıktaki düz zırh plakaları üstünde gerçekleştirilerek, malzeme davranış modelleri ve simülasyon parametreleri doğrulanmıştır. Ayrıca gerek zırh malzemesi gerekse mühimmat çekirdeği için detaylı bir test çalışması yapılarak, yüksek gerinim hızlarındaki davranışlar çıkarılmıştır. Düz plakalar üstünde simülasyon metodolojisi doğrulandıktan sonra, perfore zırh plakaları üstündeki çalışmalar yapılmıştır. Ls-Dyna kullanılarak elde edilen sonuçlar ile balistik test sonuçları arasında başarılı bir benzetim kuruldu. Sonrasında gerçekleştirilen deney tasarımı ve Response Surface yöntemi kullanılarak yapılan optimizasyon çalışmasıyla, perfore delikli plakaların tasarım parametreleri; delik çapı, delikler arası mesafe, perfore plaka kalınlığı, baz plaka kalınlı, plakalar arası boşluk parametreleri ağırlığı minimize edecek şeklide belirlendi. Böylece aynı mühimmatı tutacak düz plakaya göre %28 ağırlık düşümü ve 81.2 kg/ m2 alansal yoğunluklu bir çözüm elde edildi.

Perforated armor plates are in use for many years to improve ballistic protection level of armored vehicles. Theoretically, when bullet impacted side of a hole, bending stress is generated to break incoming projectile core or at least projectile is diverted from its incident trajectory and thus reduce penetration capability. This has an application in design of light weight armors since a broken or diverted projectile is considerably easier to stop. In this thesis, the ballistic resistance of perforated plates made of high hardness armor steel was investigated against 7.62x54 armor piercing ammunition using ballistic tests and simulations. Due to complex nature of ballistic simulation on perforated plates, first, ballistic shot tests and simulations on 9 and 20 mm thickness monolithic armor were completed to validate simulation methodology. Also material tests were performed for armor steel and ammunition hardened steel core to develop Johnson-Cook constitutive relations. After validating the preliminary simulation methodology on monolithic steel plates, simulations and tests on layered perforated plates were carried out to investigate influence of perforated holes on projectile. As shown in results, good agreement between Ls-Dyna simulations and experimental data was achieved and the defeating mechanism of perforated plates was clearly demonstrated. After validating the numerical approach for perforated plate simulation, response surface method is used to optimize perforated plate parameters for minimum weight solution. Finally, the optimized solution is tested to show the effectiveness of developed test and simulation based methodology. The optimized solution has 81.2 kg/ m2 areal density and when compared with monolithic steel armor, decreased by 28 %.
Keywords: Balistik İnceleme; Makine Mühendisliği; Mühiimat; Silahlar