Seramik kompozit zırh sistemlerinin darbe ve balistik özelliklerinin belirlenmesi

Abstract

Seramik kompozit zırh sistemleri yüksek balistik koruma sağlayan sistemler olarak gelişmiş zırhlı araçların balistik korumasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ön yüzde kullanılan seramikler, sahip oldukları yüksek sertlik, basma mukavemeti ve aşınma dayanımlarından dolayı mermi üzerinde deforme edici bir gerilme dalgası oluşturmaktadır. Yapısal entegrasyonu temin eden arka katmandaki polimer kompozit ise yüksek enerji sönümleme özelliğiyle mermi veya parçacıkları yakalayarak penetrasyonu engellemektedir.Deneysel olarak yürütülen bu tez çalışması kapsamında; seramik kompozit zırh sistemi yapısındaki bileşenlerin ve zırh sisteminin darbe karakteristiği ve darbeye bağlı hasar şekilleri belirlenmiştir. Ağırlık düşürme testleri ile düşük enerjili darbe, atışlı testlerle de yüksek enerjili darbe davranışı ve balistik özellikleri incelenmiştir.Düşük enerjili darbe testleri, Instron Dynatup markalı üniversal ağırlık düşürme test cihazı ile gerçekleştirilmiştir. Test sisteminin darbe kuvveti, çarpma hızı ve darbe zamanına ait verileri yüksek hassasiyetle toplamasına bağlı olarak katmanlı yapıdaki kırılma oluşumu ve gelişimi darbe kuvvetine bağlı olarak belirlenmiştir.Ağırlık düşürme testlerinde E-Cam dokuma, tek yönlü ve aramid dokuma kumaştan üretilen kompozit malzemelerin düşük enerjili darbe hız limitleri bulunmuştur. Kompozit malzemenin darbe davranışında oldukça önemli olan penetrasyon ve perforasyon eşik enerjileri tespit edilmiştir.Seramik kompozit zırh sisteminin balistik hız limiti ve balistik koruma seviyesi STANAG 4569 ve NIJ standartları doğrultusunda belirlenmiştir. Hacim ve kütle etkinlikleri RHA çeliği referans alınarak bulunmuştur. Balistik darbede kompozit malzemede meydana gelen konik hasar yapısının darbe ekseni etrafında lokalize olduğu, delaminasyon ve matris kırılma alanlarının düşük enerjili darbeyle mukayese edildiğinde önemli ölçüde azaldığı görülmüştür.

Ceramic composite armour systems are widely used on developed armoured vehicles as high ballistic protection means. Ceramics on the front face of armour system develop stress waves due to their high hardness, compressive strength and wear resistance. With high energy absorption properties, polymer based laminated composites on the back side of armour prevent penetration by holding the bullets and fragments.This study is an experimental investigation, revealing the impact behaviour and damage pattern in compenents of ceramic composite armour system. Low energy impact behaviour is studied via drop weight tests while high energy impact behaviour is studied via real ballistic tests.Low energy impact tests are carried out with an instrumented drop weight impact testing machine, Instron Dynatup. Data accumulation and control system of testing machine precisely gathered the impact loading force, striking velocity of impactor, impact time information to interpret the fracture initiation and development of laminated structure.Low energy impact penetration velocity limits of laminated composites constructed from unidirectional fibers and woven fabrics of E-Glass and polyester matrix are determined. Two important parameters in impact characterizing of laminated composites, namely penetration and perforation thresholds are found out.Ballistic limits and protection levels of ceramic composite armour systems are determined according to standard STANAG 4569 and NIJ. Mass and volume efficiencies are calculated with respect to RHA steel. Conical damage structure is localized around impact point in high energy ballistic tests and damage size due to delaminations and fiber fractures are reduced in comparison with low energy drop weight impact tests.