تحليل فرآيند نفوذ در اهداف هيبريدي سراميك / نانوكامپوزيت

Analysis of penetration process in hybrid ceramic/nanocomposite targets

در اين مقاله نفوذ پرتابه در اهداف سراميك/ نانوكامپوزيت بصورت تحليلي مدل شده است. تحليل بر اساس مدل چوكرون بوده كه در اين مدل جهت تعيين مقاومت سراميك رويي از تئوري انبساط حفره استفاده شده و ميزان مقاومت سراميك رويي و تغييرات آن حين نفوذ بر اين اساس تعيين شده است. همچنين مقدار نيروي سطح مشترك سراميك-كامپوزيت اصلاح شده است. كارآيي بالستيكي هدف سراميكي نيز با اضافه كردن ذرات نانو زيركونيا به ماتريس سخت كننده كامپوزيت پشتيبان, بصورت تجربي و با انجام آزمايشهايي بررسي شده است. در اين آزمايشهاي بالستيكي كه به منظور تحليل و مقايسه نتايج تحليلي نيز انجام شده، برخورد پرتابه فولادي به روي هدف سراميك/كامپوزيت كه سراميك رويي، آلومينا و كامپوزيت پشتيبان از الياف بافته شده و سخت شده با رزين و با حضور نانوذرات سراميكي از جنس زيركونيا و به مقدار %5 وزني مي باشد بررسي شده است. نتايج نشان مي دهد وجود نانوذرات زيركونيا در ماتريس موجب بهبود كارآيي بالستيكي هدف مي شود. نتايج تحليلي حد بالستيك هدف نيز تطابق خوبي با آزمايشهاي انجام شده و نتايج ديگر محققين دارد.

In this paper, an analytical model has been developed for modeling high velocity impact on ceramic/nanocomposite targets. In this model, penetration resistance of ceramic is determined based on cavity expansion analysis and variables during perforation of projectile onto ceramic are considered. Also, the force of ceramic-composite interface is modified. Ballistic performance of the ceramic/composite target is investigated with addition and dispersion of nano particles of zirconia (ZrO2) in the matrix of back up composite. Ballistic impact tests were performed to validate the analytical predictions. These tests were performed by firing 10 mm steel flat ended projectile onto ceramic/composite target. Front layer is alumina ceramic and composite laminates of back up made of E-glass/epoxy with and without nano-zirconia particle of 5 wt%. The effect of nano-zirconia dispersion in the matrix for different failure modes is discussed. Experimental results revealed an improvement in the ballistic performance of samples with nano-zirconia particle. The analytical predictions of ballistic limit velocity and residual velocity of projectile are found to be in good agreement with the experimental results.