Finite element analysis of material and parameter effects in ballistic armors Balistik zırhlarda malzeme ve parametre etkilerinin sonlu elemanlar yöntemiyle analizi

ABSTRACTBulletproof composite armor models are investigated using finite element software ANSYS/AUTODYN. A composite plate is modelled with Kevlar 29/epoxy, analysed, and the results obtained by this model are confirmed with the results available in the literature. Different materials are tested as secondary materials in the composite plate. The results obtained by these materials for unit weight and for residual velocities of the projectile are compared. A new stacking sequence study is conducted with the Kevlar 29/epoxy as primary material and Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) as secondary material. Four different stacking sequences are tested considering the absorbed kinetic energy of the projectile. A final composite plate is modelled using the stacking sequence with the best kinetic energy absorption rate and UHMWPE as the secondary material. Investigation of material effects on high velocity impact loading indicates that this final plate model consisting of Kevlar 29/epoxy - UHMWPE layers is lighter and more successful at decelerating the bullet velocity than a plate consisting of only of Kevlar 29/epoxy layers. Finally, high velocity impact tests on the model with different projectile velocities, different shapes of projectile and target plate, a standard bullet model and different impact angles are conducted and the results with residual velocities of the bullet and kinetic energies absorbed by the plate are compared.ÖZETBu çalışmada kurşungeçirmez kompozit zırh modelleri, ANSYS/AUTODYN sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak incelenmiştir. Kevlar 29/epoksi içeren bir plaka modellenmiş, analiz edilmiş ve elde edilen sonuçlar literatürdeki sonuçlarla karşılaştırılarak modelin doğrulaması yapılmıştır. Ardından ikincil malzeme olarak kullanılmak üzere farklı malzemeler test edilmiş ve test sonuçları birim ağırlık ve mermi artık hızı cinsinden karşılaştırılmıştır. Kevlar 29/epoksi’nin yanında ikincil malzeme olarak Ultra Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilen (UYMAPE) kullanılarak tabaka dizilimi çalışması yürütülmüştür. Merminin plaka tarafından sönümlenen kinetik enerjisi ölçülerek dört farklı tabaka dizilimi analiz edilmiştir. Bu dizilimler arasından enerji sönümleme kabiliyeti en yüksek olan seçilmiş ve ikincil malzeme olarak UYMAPE kullanılarak nihai bir kompozit plaka modeli geliştirilmiştir. Bu nihai modelin, literatürden seçilen ve sadece Kevlar 29/epoksi’den oluşan plakaya göre daha hafif ve mermiyi yavaşlatmada daha etkili olduğu gözlemlenmiştir. Son olarak yeni model üzerinde farklı mermi hızları, farklı mermi ve plaka şekilleri, seçilen bir standart mermi modeli ve farklı çarpma açıları kullanılarak yüksek hızlı çarpışma testleri yapılmış, mermi artık hızı ve plaka tarafından sönümlenen kinetik enerji miktarı sonuçları karşılaştırılarak sunulmuştur.