بررسي عملكرد زره چند لايه سراميك - اپوكسي، در برابر ضربه سرعت بالا به روش اجزا محدود

Studying the performance of multi-layered ceramic-epoxy armor under high velocity impact with finite element method

در اين مقاله، رفتار زره سراميكي چند لايه (آلومينا) در برابر پرتابه سرعت بالا مورد بررسي قرار گرفته است و رفتار شكست مخروطي زره چند لايه سراميك - اپوكسي با مدل ساختاري جانسون - هولمكوييست در نرم‌افزار «ال اس داينا» شبيه‌سازي شده است. نتايج حاكي از اين امر است كه شكست مخروطي لايه سراميك فوقاني، منجر به كاهش فشار ناشي از ضربه در لايه سراميكي بعدي مي‌شود؛ و اپوكسي به عنوان ماده‌اي حايل، اين توزيع فشار را بين لايه‌هاي سراميك ميسر مي‌كند. با رشد و توسعه شكست مخروطي و كاهش فشار مرحله به مرحله بين لايه‌هاي سراميك، در نهايت زره مذكور توانايي مقاومت در برابر پرتابه را خواهد داشت. نتايج بدست آمده از شبيه‌سازي، گوياي اين مطلب است كه با در نظر گرفتن حداقل ضخامت مناسب براي لايه سراميك و عدم تجاوز اين ضخامت از حد تعيين شده و رعايت ترتيب لايه ‌چيني زره با لايه‌هاي نازك رويي همراه با لايه‌هاي ضخيم پشتي، كارايي بالستيك زره تا حد زيادي بالا مي‌رود و در حالت كلي زره چند لايه سراميكي نسبت به زره يكپارچه همراه با/ بدون صفحه محافظ پشتي، مقاومت بالستيك بالاتري خواهد داشت. طبق داده‌هاي بدست آمده در زره دو تكه سراميكي بدون صفحه پشتي نسبت به زره با صفحه پشتي، به ازاي 25% ضخامت كمتر، سايش پرتابه 14% افزايش و عمق نفوذ در هدف 18% كاهش يافته است.

In this paper, the behavior of multi-layered Alumina ceramic armor against high velocity projectile has been considered and conoid failure of multi-layered ceramic-epoxy armor has been simulated by means of Johnson & Holmquist constitutive relation in LS-Dyna software. As a result, the conoid failure of top layer ceramic causes the impact pressure to decrease in back layer, and consequently the epoxy interface transfers the pressure distribution between ceramic layers, causing growth and propagation of conoid failure thus distributing the pressure in a larger area, finally resisting against projectile penetration in the armor. Simulation results illustrate that by choosing the proper minimum and maximum thickness of ceramic layers and proper layering of them with thin layers on top backed by thick ceramic layers, higher ballistic performance will be available in designed armors and generally an armor with layered configuration will have higher ballistic resistance than monolithic ceramic tile with/without backing. According to the results, bi-layer ceramic armor with 25% lesser thickness with no backing in comparison with monolithic ceramic layer with backing causes 14% more erosion and 18% less penetration of projectile.