Aluminyum Al 7075-T6 için Balistik Davranışın Sayısal Analizi

Year 2022, Volume: 14 Issue: 3, 286 - 302, 31.12.2022

İbrahim Uzun , Serhat Sözeri , Selen Salihoğulları , Dilek Durak , Zühtü Onur Pehlivanlı

https://doi.org/10.29137/umagd.1124316

Abstract

Balistik amaçlı kullanılan malzemeler tek ve çok katmanlı olarak yer almaktadır. Çok katmanlı olarak kullanım nedeni, malzemelerin farklı özelliklerinin birleştirilerek toplamda balistik dayanımlarının iyileştirilmesidir. Birden çok katman kullanımı amaca yönelik olarak her zaman uygulanabilir değildir. Bu çalışmada Al 7075-T6 plaka için NIJ 0101.06 standardı seviye IIA, II ve III seviyelerinde sayısal analiz gerçekleştirilmiştir. Bu analizlerde farklı malzeme kalınlıklarında koruma gerçekleşip gerçekleşmediği ve deformasyon değerlerinin ne düzeyde olduğu gösterilmiştir. Alüminyum plaka kalınlığı 6, 8, 10, 12 mm alınarak yapılan analizlerde 9x19 mm ve 7,62x51 mm olmak üzere iki farklı mühimmat kullanılmıştır. İlgili standartta, bu mühimmatlar için belirtilen hızlar değerlendirilmiştir. Başlangıç değerleri olarak 9x19mm mühimmat için 373m/s ve 398m/s; 7,62x51 mühimmatı için ise 847 m/s hızlarında analizler tekrarlanmıştır. Her bir kalınlık için tekrarlanan analizler Ansys Workbench modüllerinden Explicit Dynamics kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada malzemelerdeki travma derinlikleri, mühimmat çekirdeğinin hız ve enerji değişimleri, elastik uzama değerleri tablo ve grafiklerle verilmiştir. Literatürdeki analitik hesaplamalar esas alınarak elde edilen sayısal değerlerle karşılaştırma yapılmıştır.

Keywords

Balistik, Alüminyum 7075, Sayısal Analiz, Mühimmat, Explicit Dynamics

Numerical Analysis of Ballistic Behavior For Aluminum Al 7075-T6

Abstract

Abstract
The materials utilized for ballistic purposes are available as single and multi-layered. The reason for use as multi-layers is to improve the ballistic resistance of the materials by combining different properties. The use of multiple layers is not always practical for the purpose. In this study, a numerical analysis has been performed for Al 7075-T6 plate at NIJ Standard 0101.06 level IIA, II and III protection levels. In these analyses, deformation rates have been indicated in addition to whether protection has occurred taking into account different material thickness. Two different bullet, 9x19 mm and 7,62x51 mm, were used in the analyses made by taking the aluminum plate thickness of 6, 8, 10, 12 mm. In the relevant standard, the velocities specified for these bullet have been evaluated. 373m/s and 398m/s for 9x19mm bullet as initial values; for 7.62x51 bullet, the analyses have been repeated at 847 m/s. Repeated analyses for each thickness have been performed by using Explicit Dynamics from Ansys Workbench modules. In the study, the trauma depths in the materials, the velocity and energy changes of the bullet core , the elastic elongation values are given in the tables and graphics. Comparisons have been made with the numerical values obtained based on the analytical calculations in the literature.

Keywords

Ballistic, Aluminum 7075, Sayısal Analiz, bullet, Explicit Dynamics

References

• Allison, J.E., & Cole, G.S. (1993). Metal matrix composites in the automotive industries. JOM, 45,19-24,
• Ansys 2021/R2, Ansys Explicit Dynamics Analysis Guide, July 2021.
• Arslan, K., & Güneş, R. (2017). Ballistic Impact Simulation of Ceramic/Metal Armor Structures. International Journal of Engineering Research and Development, 9(3),12-20. doi.org/10.29137/umagd.371100.
• Baradeswaran, A., Elaya Perumal, A. (2013). Influence of B4C on The Tribological And Mechanical Properties of Al 7075–B4C composites. Composites B, 54, 146-152 https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.05.012.
• Baydaroğlu, V. (2018). Balistik malzeme üretimine yönelik B4C+SiC takviyeli Al 7075 kompozitlerde optimum katkı oranının belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Kırıkkale Üniversitesi, Kırıkkale, TÜRKİYE.
• Chen, P.,& Hoshi, T. (1992). High-Performance machining of SiC Whisker-Reinforced Aluminum Composite by Self-Propelled rotary tools. CIRP Annals, 41(1), 59-62. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)61152-4.
• Clyne, T.W., Withers, P.J. (1993). An introduction to metal matrix composites. Cambridge Solid State Science Series, ISBN: 0521418089, Cambridge University Press. https://books.google.com.tr/ books?printsec=frontcover&vid= CCN92024679&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false.
• NIJ Standard-0101.06 Ballistic Resistance of Body Armor .
• İlhak, B. (2019). Tungsten Alaşımlı Kinetik Enerjili Mühimmatın Bor Karpit Takviyeli 4340 Çelik Plakalar Üzerindeki Balistik Etkisinin Sayısal İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Giresun Üniversitesi,Giresun, TÜRKİYE.
• Lopez-Puente, J., Arias, A., Zaera, R.,& Navarro, C. (2005). The effect of the thickness of the adhesive layer on the ballistic limit of ceramic/metal armours. An experimental and numerical study. International Journal of Impact Engineering, 32(1-4), 321-336. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2005.07.014.
• Ma, Y.W., Li, Y.B.,& Lin, Z.Q.(2019). Joint formation and mechanical performance of friction self-piercing riveted aluminum alloy AA7075-T6 joints. Journal of manufacturing Science and Engineering, 141(041005), 1-11. https://urunler.mke.gov.tr/Urunler/7.62-mm-x-51-(Normal)/30/259.
• Özşahin, E. (2008). Alüminyum levhaların yüksek hızlı çarpma yükleri altındaki davranışları, Doktora tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Istanbul, TÜRKİYE.
• Ramnath, B. V., Elanchezhian, C., Annamalai, RM., Aravind, S., Atreya, T. S. A., Vignesh, V., Subramanian C. (2014). Aluminium metal matrix Composites- a review. Rev. Adv. Mater. Sci., 38, 55-60.
• Schneider, Y., Soppa, E., Kohler, C., Mokso, R., Roos, E. (2011). Numerical and experimental investigations of the global and local behaviour of an Al(6061)/Al2O3 metal matrix composite under low cycle fatigue. Procedia Engineering, 10, 1515-1520.
• Zhirafar, S., Rezaeian, A.,& Pugh,M. (2007). Effect of Cryogenic Treatment on the mechanical properties of 4340 steel. Journal of Materials Processing Technology, 186, 298-303. doi:10.1016/j.jmatprotec.2006.12.046.