بررسي تاثير امپدانس و ضخامت لايه‌هاي متفاوت بر خيز لايه هدف در سيستم‌هاي زرهي لايه‌بندي شده تحت بارگذاري انفجاري با استفاده از روش تحليل عددي

A numerical analysis on effect of impedance and thickness of various layers on deflection of target plate in layered armor systems under explosive loading

سازه هاي چند لايه به طور گسترده با هدف ايجاد ساختاري مقاوم در برابر بارگذاري ديناميك مورد استفاده قرار گرفته اند. رفتار سازه هاي چند لايه در نرخ كرنش بالا و تاثير آن ها بر ميرايي موج شوك و خيز لايه هدف مواردي هستند كه در اين مقاله مورد بررسي قرار گرفته اند. اثر ضخامت لايه هاي سراميكي، آلومينيومي و فولادي بر خيز لايه هدف، به صورت عددي، مورد تحقيق قرار گرفته و مدل رياضي براي خيز لايه هدف ارائه شده است. براي شبيه سازي عددي از نرم افزار LS DYNA بهره گرفته و از مدل هاي مادي جانسون هولمكوئيست و جانسون كوك به ترتيب براي مدلسازي سراميك و فلز استفاده شده است. سازه هاي تركيبي دو لايه و سه لايه با ثابت نگه داشتن ضخامت كل قسمت لايه بندي شده، شبيه سازي گرديده و تاثير آن ها بر ميزان خيز لايه هدف مطالعه شده است. با توجه به مهم بودن فاكتور وزن در ايجاد يك سازه زرهي، براي مقايسه بهتر سازه هاي چند لايه از نسبت سفتي به وزن استفاده شده و مقايسه بين اين موارد صورت پذيرفته است. نتايج نشان مي دهد كه استفاده از دو لايه سراميك در اطراف لايه فلزي باعث افزايش نسبت سفتي به وزن سازه شده و در نتيجه كارايي سيستم زرهي را افزايش مي دهد. در نهايت، با توجه به نتايج مراحل قبل سيستم چهار لايه متشكل از تركيب سراميك و فلز پيشنهاد شده است كه علاوه بر داشتن كارايي بهتر در كاهش خيز لايه هدف، وزن كمتري را نيز دارد. در اين سيستم از الگوي كاهشي امپدانس در لايه ها استفاده شده كه تاثير مثبتي بر كارايي سازه زرهي داشته است.

Multi layer structures have been widely used for producing resistant structures under dynamic loads. In this article, behavior of multi layer structures at high strain rates, their effect on the shock wave attenuation and deflection of target layer are investigated. The effect of the thickness of SiC, Al6061 and RHA steel on deflection of target layer was investigated numerically and mathematical modeling was applied for target layer deflection. LS DYNA software was used for simulation. The Johnson Cook and Johnson Holmquist material models were used for modeling of ceramics and metals, respectively. Two layer and three layer composite structures with a constant total thickness of layered system were simulated and their impact on the target layer deflection were studied. Due to the importance of weight factor in creation of a multi layer armor, for better comparison of multi layer structures, the stiffness to weight ratio was used. The results show that using two ceramic layers around metal layer increases the stiffness to weight ratio of the structure and improves armored system performance. Consequently, a four layer system consisting of a combination of ceramics and metals was suggested which has a less weight and better performance. In this system, a reduction pattern for acoustic impedance is used which has positive impact on the performance of armored structure.