Finite element analysis of a transparent composite armor with computational ballistic testing

Abstract

Saydam zırhlar, koruma ve görüş açısını aynı anda sağlamak için üretilmiştir. Görüş açısı tehlikeyi fark etmede çok önemli bir unsurdur. Saydam zırhlar sayesinde hem tehlikeyi fark etmede daha etkili olunabilirken, hem de korunmanızdan feragat etmemiş olursunuz. Önemli insanların korunmasında ve askeri araçlarda bu zırhların sıkça kullanıldığını görebiliriz. Bu çalışmada, bir saydam zırh geliştirilip, bilgisayar yardımıyla analizleri ve testleri yapılıp, geleneksel zırhlarla kıyaslayarak, sonuçlar ortaya konmuştur. Sonuç elde edilirken, balistik test, tüp testi, malzemeleri birleştirme gibi teknikler kullanılarak, sonuca varılmaya çalışılmıştır. Malzeme seçimi, mermi tipi ve hızı, zırh tasarımı, saydamlık, zırh direnci gibi noktalar araştırılmış ve gerekli simülasyonlarla incelenmiştir. Mermi 7,62 milimetre çapında askeri tip seçilmiş ve test edilirken 400'den 1200 m/s e kadar birçok hız denenmiştir. Malzeme seçiminde, birçok malzeme ve kompozit test edilmiş, en uygun malzeme seçilmeye çalışılmıştır. Saydamlık ve mermiye direnç, en önemli iki unsur olduğu için bunlara uygun olan epoksi-resin kompoziti ve cam, ana malzemeler olarak seçilmiştir. Bu araştırma için, yeni bir tasarım yaratılıp, arı peteklerinden oluşan küçük tüplerin birleştirilmesiyle oluşan arı peteği modeli geliştirilmiştir. Sonuçlara bakıldığından, geleneksel modellere göre arı peteği modeli daha dirençli, daha sağlam olup, aynı zamanda ağırlık ve fiyat konularında daha düşük olduğu gözlemlenmiştir. Son tasarımın sadece ilk katmanı zarar görmüş ve mermiyi geçirmemiştir

Transparent armor systems are created for combining protection with vision. Vision is important for spotting the threat. With the usage of transparent armor, threat can be detected more effectively and do not have to sacrifice safety and protection of the target which is/are threatens. Transparent armors usage is more common when there is a delicate situation like protecting important people, military vehicles etc. This study aims to develop a transparent armor, analyze and test it, and compare it with the conventional armors to see the results. Material selection, projectile type and velocity, armor design, transparency, armor impact resistance and response are some of the points, which are investigated with researches and simulation in finite element analysis. Ballistic testing, tube test, composing materials are the techniques, which, are used for determining the results. Projectile is military type 7.62 millimeters bullet and its velocity is tested between 400-1200 m/s. Several materials and composite materials are tested, in order to find the proper selection for this study. For transparency and better resistance to projectile, materials are epoxy-resin composite and float glass. A new design is created for better resistance. Honeycomb transparent armor has minimum penetration, high performance and low cost according to results, when compare to other models. At final model only the first layer is failed and do not let the bullet through. According to this result, armor is successful at stopping the bullet.