تحلیل عددی و تجربی نفوذ گلوله زرهی در اهداف فولادی فوق مستحکم

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

3 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

چکیده

در این مقاله به بررسی نفوذ گلوله کالیبر 5/14میلی متری در ورق‌های فولادی فوق مستحکم هارداکس 450 و هارداکس 500 با ضخامت 30 میلی‌متر پرداخته می‌شود. با توجه به پیچیدگی پدیده برخورد، به منظور شبیه‌سازی دقیق فرآیند و بیان رفتار دقیق مکانیکی مواد از مدل پلاستیسیته و شکست جانسون-کوک و معادله حالت مای-گرونایزن استفاده شده است. برای تایید صحت شبیه‌سازی های انجام شده، اندازه‌گیری تجربی بر روی ورق‌های فولادی انجام شد و مطابقت خوبی با نتایج اجزاء محدود مشاهده گردید. با توجه به شرایط تعیین شده در استاندارد، هارداکس500 با ضخامت 30 میلی‌متر با ضریب اطمینان بالایی در برابر نفوذ کامل گلوله با سرعت اولیه m/s911 مقاومت می‌کند به طوری که در بدترین شرایط یعنی زاویه برخورد 90 بیشترین عمق نفوذ به 15میلی‌متر می‌رسد. در مقابل در شرایط یکسان گلوله به طور کامل در هارداکس 450 نفوذ خواهد کرد. نتایج شبیه‌سازی‌های اجزاء محدود برای هر دو جنس با زوایای برخورد از 30 تا 90 درجه نشان داد با کاهش زاویه برخورد علاوه بر کاهش میزان نفوذ، نحوه بازگشت گلوله نیز در زاویه مشخصی تغییر خواهدکرد به طوری که برای هارداکس 450 این زاویه برابر با 40 درجه و برای هارداکس 500 برابر با 60 درجه بدست آمد. با تکرار شبیه‌سازی‌ها در سرعت‌های مختلف در محدوده m/s 1200-200 برای هر دو جنس حد بالستیک آنها محاسبه شد و حد بالستیک برای هارداکس 500 برابر با m/s 1200 و برای هارداکس 450 حدود m/s 900 بدست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Sánchez Gálvez V, Sánchez Paradela L (2009) Analysis of failure of add-on armour for vehicle protection against ballistic impact. Eng Fail Anal 16(6): 1837-1845.

[2]  Kiliç N, Ekici B (2013) Ballistic resistance of high hardness armor steels against 7.62 mm armor piercing ammunition. Mater Des 44: 35-48.

[3]  Liaghat GH, Malekzadeh A (1999) A modification to the mathematical model of perforation by Dikshit and Sundararajan. Int J Impact Eng 22(5): 543-550.

[4]  Seifoori S, Liaghat GH (2011) A semianalytical and numerical study of penetration and perforation of an ogive-nose projectile into concrete targets under normal impact. Proc. Inst Mech Eng Part C J Mech Eng Sci 225(8): 1782-1797.

[5]  Kiliç N, Bedir S, Erdik A, Ekici B, Taşdemirci A, Güden M (2014) Ballistic behavior of high hardness perforated armor plates against 7.62mm armor piercing projectile. Mater Des 63: 427-438.

[6]  Ambrosini JF (2015) Simulation of ballistic impacts in steel plates. Polytechnic University of Catalonia - UPC, M.Sc. Thesis.

[7]  Bidi A, Liaghat GH, Rahimi GH, Hadavinia H (2018) Experimental and numerical analysis of impact on curved nanocomposite panels. Mech Adv Mater Struc 2(4).

[8]  Gopalakrishnan S, Senthil V (2011) Failure analysis of ballistic material. Int Conf Adv Mater Eng (ICAME 2011) 15: 95-100.

[9]  Hub J, Kneys P (2013) 3D simulation analysis of aircraft protection material impacting by 7.62 mm ammunition. Univ Rev 7(3): 15-19.

[10] Roudbeneh FH, Liaghat GH, Sabouri H, Hadavinia H (2016) Investigation of interaction between aluminum facing and honeycomb structure in quasi-static and impact loading. Modares Mech Eng 16(7): 23-31. (in Persian)

[11] Diederen AM, Broos JPF, Van Trigt SN (2001) Ballistic protection against armour piercing projectiles using titanium base armour. Cost Eff Appl Titan Alloy Mil Platforms 99: 7-11.

[12] Shanazari H, Liaghat GH, Feli S, Hadavinia H (2017) Analytical and experimental study of high-velocity impact on ceramic / nanocomposite targets. Modares Mech Eng 51(27): 3743-3756.

[13] Jalili I, Nouri ZH, Aabady AZ, Akbari KV (2013) Strengthening the composite protective shield of lightweight ship against ballistic impacts: analytical and experimental. Lat Am J Solids Struct 10(6): 1211-1223.

[14] Preece DS, Berg VS (2004) Bullet impact on steel and Kevlar / steel armor - computer modeling and experimental data. ASME Press Vessel Pip Conf – Symp Struct Under Extrem Loading 25-29.

[15] Masoudi A, Liaghat GH, Pol MH (2014) Effects of nanoclay on the ballistic behavior of GLARE - experimental and numerical investigation. Modares Mech Eng 14(7): 43-51. (in Persian)

[16] Komasi M, Goodarzi M, Chalabi J (2017) Numerical simulation of ultra high performance fibre reinforced concrete panels subjected to underwater blast loading. Journal of Solid and Fluid Mechanics 7(3): 149-163. (in Persian)

[17] Niknejad A, Zareei A (2016) Ballistic limit velocity of empty rectangular metal columns under a blunt projectile penetration. J Def Model Sim 13: 119-131.

[18] Gailly BA, Espinosa HD (2002) Modelling of failure mode transition in ballistic penetration with a continuum model describing microcracking and flow of pulverized media. Int J Numer Methods Eng 54(3): 365-398.

[19] Deniz T (2013) Ballistic penetration of hardened steel plates. M.Sc. Thesis, Middle East Technical University.

[20] Hub J, Komenda J (2009) Ballistic resistance of steel plate hardox upon impact of non-penetrating projectiles. Adv Mil Technol 4(2): 79-91.

[21] Børvik T, Dey S, Clausen AH (2009) Perforation resistance of five different high-strength steel plates subjected to small-arms projectiles Int J Impact Eng 36: 948-964.

[22] Banerjee A, Dhar S, Acharyya S, Datta D, Nayak N (2015) Determination of Johnson-Cook material and failure model constants and numerical modelling of Charpy impact test of armour steel. Mater Sci Eng A 640: 200-209.

[23] CAE User manual (2013) Abaqus 6.13, Analysis User Guide.

[24] Sun WH, Ju GL, Yang BQ (2014) Numerical simulations of the perforation in metal plates with different conical-nosed projectiles. Appl Mech Mater 518: 47-52.

[25] Nato (2011) Procedures for evaluating the protection level of armoured vehicles volume 1: kinetic energy and artillery threat.