بررسي عددي و تجربي نفوذ مايل پرتابه سرتخت در اهداف سراميك- آلومينيوم

Numerical and Experimental Study of Oblique Penetration of Blunt Projectile into Ceramic-Aluminum Target

نفوذ در اهداف سراميك- آلومينيوم از اهميت ويژه اي براي محققان صنايع دفاعي و غيردفاعي برخوردار است. در اين پژوهش نفوذ يك پرتابه سرتخت با سرعت مشخص در زواياي مختلف صفر، 15 ،30 و 45درجه به صورت تجربي نيز مورد بحث و بررسي قرار گرفته است. كار تجربي صورت گرفته در اين تحقيق، با انجام 8 مرحله آزمايش در آزمايشگاه ضربه و بالستيك دانشگاه امام حسين(ع) انجام پذيرفت و طراحي آزمايشات به گونه اي صورت گرفت كه بتوان از امكانات موجود در اين آزمايشگاه استفاده نمود. نتايج نشان دادند كه با افزايش زاويه تمايل عمق نفوذ در هدف سراميك- آلومينيوم كاهش مي يابد و در صورت افزايش زاويه تمايل، پرتابه به مرز كمانه كردن خواهد رسيد. همچنين، در اين پژوهش به كمك نرم افزار Ansys autodyn، شبيه سازي نفوذ يك پرتابه با سرعت 700متر بر ثانيه در اهداف دوگانه سراميك- آلومينيوم به منظور مشخص كردن عمق نفوذ، بررسي و اثر كمانه كردن پرتابه انجام شده است. پرتابه، صلب فرض شده و از مدل ساختاري جانسون هالمكوئيست براي توصيف رفتار سراميك، و مدل رفتار ماده جانسون كوك براي پرتابه و هدف استفاده شد. نفوذ پرتابه سرتخت به صفحات مايل سراميكي سيليكون كاربايد و پشتيباني شده با فلز آلومينيوم 3T-2024، شبيه سازي و مقادير سرعت و جرم باقي مانده پرتابه در خروج از هدف تركيبي مشخص شد. نتايج شبيه سازي انجام شده در اين مطالعه با دقت و براساس شرايط فيزيكي مساله به دست آمد. با مقايسه نتايج، همخواني مناسبي بين نتايج شبيه سازي عددي و يافته هاي تجربي مشاهده شد كه نشان از اعتبار و دقت مفروضات شبيه سازي دارد.

Penetration into ceramic-aluminum targets is of prime importance for researchers in defense and non-defense industries. In this study, the effect of a blunt projectile having a specified speed and penetrating into a ceramic-aluminum target at angles of 0, 15, 30, and 45 degrees is investigated. In this research, 8 experiments were carried out at Ballistic Laboratory of Imam Hossein University and the design of the experiments was carried out in such a way that the facilities of the laboratory could be used. The results of the study showed that by increasing the angle of obliquity, penetration depth is decreased substantially in ceramic-aluminum target, and when the angle of obliquity is increased beyond a certain limit, projectile will ricochet. Also, in this study, numerical investigation was performed, using Autodyne software. In this numerical simulation, the impact of the blunt projectile at 700 m/s on ceramic-aluminum target was carried out to determine the penetration depth into the given target. The blunt projectile penetration was simulated with oblique ceramic silicon carbide plates supplemented with aluminum 2024-T3 and the residual velocity and mass values of the projectile were determined at the exit of the combined target. The projectile was assumed to be rigid and the Johnson–Holmquist structural model was used to describe ceramic behavior and Johnson- Cook material model was used for projectile and target. The results of the experiments and numerical simulation were compared and there was a good agreement between these two modes of investigations, indicating the validity and accuracy of simulation assumptions.