تحليل عددي و تجربي نفوذ گلوله زرهي در اهداف فولادي فوق مستحكم

Penetration of Armored Piercing Projectile into Ultra-High Strength Steel Targets: Numerical and Experimental Investigation

در اين مقاله به بررسي نفوذ گلوله كاليبر 5/14ميلي متري در ورق‌هاي فولادي فوق مستحكم هارداكس 450 و هارداكس 500 با ضخامت 30 ميلي‌متر پرداخته مي‌شود. با توجه به پيچيدگي پديده برخورد، به منظور شبيه‌سازي دقيق فرآيند و بيان رفتار دقيق مكانيكي مواد از مدل پلاستيسيته و شكست جانسون-كوك و معادله حالت ماي-گرونايزن استفاده شده است. براي تاييد صحت شبيه‌سازي هاي انجام شده، اندازه‌گيري تجربي بر روي ورق‌هاي فولادي انجام شد و مطابقت خوبي با نتايج اجزاء محدود مشاهده گرديد. با توجه به شرايط تعيين شده در استاندارد، هارداكس500 با ضخامت 30 ميلي‌متر با ضريب اطمينان بالايي در برابر نفوذ كامل گلوله با سرعت اوليه m/s911 مقاومت مي‌كند به طوري كه در بدترين شرايط يعني زاويه برخورد 90 بيشترين عمق نفوذ به 15ميلي‌متر مي‌رسد. در مقابل در شرايط يكسان گلوله به طور كامل در هارداكس 450 نفوذ خواهد كرد. نتايج شبيه‌سازي‌هاي اجزاء محدود براي هر دو جنس با زواياي برخورد از 30 تا 90 درجه نشان داد با كاهش زاويه برخورد علاوه بر كاهش ميزان نفوذ، نحوه بازگشت گلوله نيز در زاويه مشخصي تغيير خواهدكرد به طوري كه براي هارداكس 450 اين زاويه برابر با 40 درجه و براي هارداكس 500 برابر با 60 درجه بدست آمد. با تكرار شبيه‌سازي‌ها در سرعت‌هاي مختلف در محدوده m/s 1200-200 براي هر دو جنس حد بالستيك آنها محاسبه شد و حد بالستيك براي هارداكس 500 برابر با m/s 1200 و براي هارداكس 450 حدود m/s 900 بدست آمد

In this article, penetration of an armored piercing projectile into ultra-high strength steel plates (Hardox450 and Hardox500) will be investigated by finite element (FE) analysis and experimental measurement. The ballistic impact is simulated by Abaqus FE software and the FE model is verified the results of experimental test. The mechanical behavior of the selected material is defined by Johnson-Cook plasticity model and Mie-Grunisen equation for damage model. The experimental tests are carried out on 30mm thickness plate. A 14.5mm armored piercing projectile is fired to the plate. The finite element results revealed that the projectile penetrates partially in Hardox500 steel while it can perforates Hardox450 steel. The penetration depth of the projectile when collisioning by 911m/s speed and at perpendicular state are 13 and 30mm for Hardox500 and hardox450 steel respectively. The penetration depth will be increased by increase in the impact angle from 30o to 90o. In addition, the reflection state changes at a specific angle according to the type of material. The transition angle are 40o and 60o for Hardox450 and Hardox500 steel respectively. Finally, the ballistic limit is calculated and determined as 900m/s and 1200m/s for Hardox450 and Hardox500 steel respectively.