بخشی از مقاله
در پژوهش حاضر، به تحلیل اجزای محدود برخورد پرتابه فولادی با ورقی از جنس آلیاژ آلومینیوم که در چهار طرف ثابت شده است، تحت شرایط مختلف پرداخته شده است. جهت شبیهسازی و استخراج نتایج از نرم افزار المان محدود آباکوس استفاده شده و در تمام مراحل تحلیل، سرعت پرتابه 713 متر بر ثانیه در راستای z انتخاب شده ا ست. در ابتدا، به شبیه سازی اثر برخورد پرتابه به ورقی با ضخامت های 3، 5، 12، 14، 19 و 26 میلیمتر پرداخ ته و در ادا مه تغییرات تنش اصلی ماکزیمم در ضخامتهای مختلف ورق بررسی شده است. پرتابه با ضخامت ورق 14 میلیمتر و کمتر، قادر به نفوذ در ورق و عبور از آن گردیده اما در ضخامت ورق 14 میلیمتر و بالاتر نتوان ست از ورق عبور کند و تنها در نواحی برخورد، ورق دچار تغییر شکل شد. در ادامه به شبیهسازی اثر برخورد پرتابه به ورق آلومینیومی در زوایای برخورد صفر، بی ست، چهل و هفتاد درجه پرداخته و تغییرات تنش اصلی ماکزیمم در زوا یای مختلف برخورد بررسی گرد ید. م شخص شد که پرتابه در زوایای صفر، بی ست و چهل درجه از ورق عبور کرده اما در زاویه هفتاد درجه قادر به عبور از ورق نشده است. نتایج کار حاضر با نتایج حاصل از کار کومار و همکاران مقایسه شده و روند نتایج با روند کار کومار و همکاران مطابقت خوبی داشته است.
امروزه سربازان نظامی در محدوده وسیعی از محیطهای عملیاتی فعالیت کرده و در معرض آسیبدیدگی قرار دارند. با توجه به پیچیدگی های شرایط محیطی منطقه عملیات، نیازمندی به مطالعه پیرامون حفاظت در برابر تسلیحات کوچک و سبک، از دیدگاه نظامی و غیر نظامی احساس میگردد. بیشتر مطالعات بالستیکی، فقط برخورد - ضربه - نرمال را که در آن، زاویه بین بردار سرعت پرتابه و بردار نرمال صفحه هدف صفر است در نظر میگیرند در حالیکه در اکثر موارد برخورد تحت زاویه صورت می گیرد. وایت و همکاران برخورد پرتابه با سرعت فوق بالا را با ورق عایق چند لایه مورد مطالعه قرار دادند.[1] بورویک و همکاران، برخورد پرتابههای APM2 و استاندارد ناتو به ورق آلومینیومی را به شیوه آزمایشگاهی و عددی بررسی کردند.[2] در کار آنها، سرعت برخورد 830 متر بر ثانیه بوده و سرعت اولیه و نهایی با استفاده از دستگاههای نوری مبتنی بر لیزر اندازه گیری شد. مشخص گردید زوایای بحرانی که در آن سوراخشدگی به هم پوشانی تغییر کرده، کمتر از 600 می باشد. لازم به ذکر است که همان نویسنده، مقاومت پنج نمونه ورق فولادی با استحکام بالا را در برابر برخورد پرتابههای کوچک مطالعه کرده است.[3]
منس و همکاران، اثر ضربه سرعت پایین بر پنلهای ساندویچی رابه طور تجربی و عددی مورد مطالعه قرار دادند. نتایج تحقیق آنها نشان داد که این ساختارها در برابر ضربه با سرعت پایین بسیار بحرانی هستند.[4] اقبال و همکاران در پژوهشی به ارزیابی بالستیک و مشخصهیابی ورق فولادی ملایم در نرخ تنش و کرنشهای متفاوت پرداختند.[5] برای انجام شبیهسازی عددی بالستیک اهداف ضخیم 12 و 16 میلی متری در برابر پرتابه های API ، از خواص این فولاد استفاده شده است. اقبال همچنین اثر شکل دماغه پرتابه، سرعت ضربه و ضخامت هدف را در انواع مختلف ورق مطالعه کرده است.[6-7] ملاگلو و همکاران اثر پرتابه فولادی را بر ورق پلیکربنات با ابعاد 400×400×2 میلیمتر بررسی کردند.[8] در این تحقیق پرتابه با سه سرعت 50، 80 و 120 متر بر ثانیه در فواصل 90 و 180 میلیمتر نسبت به هدف به سمت آن شلیک گردید. نتایج نشان داد بیشترین میزان جذب انرژی در سرعت 120 متر بر ثانیه و فاصله 180 میلیمتری نسبت به هدف حاصل شد. جانتی و همکاران اثر زمانی پرتابه با سرعت بالا را بر روی هدف با ورق به ضخامت 3/2 و 6/4 میلیمتر بررسی کردند.[9] سرعت پرتابه 2200 متر بر ثانیه و ورق هدف از جنس آلیاژهای منیزیم، آلومینیوم و تیتانیوم انتخاب شد. نتایج حاکی از بیشترین میزان برامدگی ورق هدف از جنس منیزیم با ضخامت 6/4 میلیمتر بود.
در این تحقیق، اثر برخورد پرتابه 39 × 7/62 میلیمتر از جنس فولاد 4340 بر ورقی از جنس آلیاژ آلومینیوم 6061-T6 بررسی شده است. اثر برخورد پرتابه به ورق در این شبیهسازی با روش المان محدود در نرم افزار آباکوس به دو شکل انجام شده است. در ابتدا اثر برخورد پرتابه به ورق در ضخامتهای مختلف ورق بررسی گردیده و مقادیر تنش اصلی ماکزیمم برای ضخامتهای مختلف بعد از برخورد پرتابه بدست آمده و تغییرات تنش اصلی ماکزیمم به ضخامت ورق نشان داده شده است. در ادامه تاثیر برخورد پرتابه به ورق در زوایای مختلف ورق صورت گرفته و تغییرات تنش اصلی ماکزیمم نسبت به زوایای مختلف برخورد بررسی شده است. روند کار حاصل با نتایج کار کومار و همکاران که شبیهسازی اجزای محدود برخورد در ورق فلزی را انجام دادهاند، مقایسه گردید.[10] شبیه سازی اثر برخورد پرتابه 39 × 7/62 میلیمتری به ورق آلومینیومی توصیف مساله و پارامترهای خواص مکانیکی در این شبیه سازی از پرتابهی ا ستاندارد ناتو 39 × 7/62 میلیمتر با جرم 7/9 گرم ا ستفاده شد و پرتابه ب صورت یک پارچه در نرم افزار آباکوس مدل گردید. جنس پر تا به فولاد 4340 و جنس ورق آل یاژ آلومینیوم -T6 6061 در نظر گرفته شد. ابعاد انتخاب شده برای پرتابه و ورق مدل شده در جدول 1 نشان داده شده است.
در شبیهسازی المان محدود برخورد پرتابه فولادی به ورق آلومینیومی در نرم افزار، رفتار انحرافی مواد با استفاده از معادلهی جانسون کوک تعریف گردید. مدل جانسون کوک یک مدل الاستیک-پلا ستیک با نرخ افزای شی ا ست که برای برر سی نرخ کرنش و اثرات دما بر ماده و میزان تراکم پذیری آن استفاده می گردد. این مدل تجربی پارامترهای گوناگونی از ماده را شامل میشود. پارامترهای معادلهی جانسون-کوک و چگالی برای آلیاژ آلومینیوم 6061-T6 و فولاد 4340 در جداول 2 و 3 نشان داده شده است.
شبیهسازی اجزای محدود
همانطور که قبلا بیان شد، مدلسازی پرتابه و ورق بصورت یکپارچه در نرم افزار آباکوس صورت گرفت. جهت مشبندی پرتابه و ورق از المان هگزاهدرال C3D8R استفاده شد. پرتابه با تعداد گره 1323 و تعداد المان 1040 و ورق با تعداد گره 8832 و تعداد المان 4323 مدل گردید. لازم به ذکراست که تعداد گره و المان در ورق با ضخامت های مختلف متغیر بوده و مقادیر بالا مختص ورق آلومینیومی با ضخامت 3 میلیمتر میباشد. مدل هندسی مش بندی شده پرتابه و ورق در اشکال 1 و 2 نشان داده شده است.
شرایط مرزی
در این مسئله، چهار طرف ورق محکم و ثابت گردیده است ولی برای پرتابه شرط مرزی تعریف نشده و در مدل آزاد فرض گشته است. هم-چنین برای پرتابه سرعت 713 متر بر ثانیه در راستای محور z تعریف شده است. شرایط مرزی پرتابه و ورق در اشکال 3 و 4 نشان داده شده است. شبیه سازی اثر برخورد پرتابه 39 × 7/62 میلیمتری به ورق آلومینیومی در ضخامتهای مختلف ورق در این شبیه سازی، پرتابه با سرعت 713 متر بر ثانیه در را ستای z به سمت هدف حرکت کرده و برخورد اتفاق میافتد. برخورد پرتابه به ورق در ضخامتهای مختلف ورق 3، 5، 12، 14، 19 و 26 میلیمتر بررسی شده و مقادیر تنش اصلی ماکزیمم بدست آمده است. در شکل 5 تنش اصلی ماکزیمم برای ضخامتهای مختلف ورق پس از عبور پرتابه از آن و تغییر شکل کامل ورق، ن شان داده شده ا ست. لازم به ذکر است در کار حاضر تنش اصلی ماکزیمم مورد نظر مربوط به نواحی تماس ورق با پرتابه بوده که دچار تغییر شکل و شکست گردیدهاند.
