Dinamik iç basınca maruz kalın cidarlı silindirlerin gerilme analizi ile ağırlık optimizasyonu

Abstract

Silah tasarımında hafiflik en önemli parametreler ve gereksinimlerden birisidir. Geçmişte bir silah namlusunu üretebilir olmak yeterli sayılırken ağırlık kriteri çok fazla dikkate alınmıyordu. Günümüzde ise savunma sanayi ürünlerinde dayanıklılığın yanı sıra hafiflik ve dolaylı olarak taşınabilirlik ile hızlı manevra kabiliyeti önem kazanmıştır. Hafif bir silah tasarımı için ilk adım hafif bir namlu tasarlamaktır. Bir namlunun hafifletilmesi malzeme seçimi, cidar optimizasyonu veya üretim yöntemi değişikliği gibi yollarla sağlanabilir. Bu kapsamda optimum boyutlarda bir namlu tasarlamak silah tasarımı için ilk ve en önemli adımdır. Bu çalışmada analitik yöntemlerle çözümlenmesi oldukça zor olan namlu cidar kalınlığının patlama sonucu oluşan basınç değerleriyle, eksen boyunca hesaplanması ve optimizasyonu hedeflenmiştir. Namlu; ait olduğu sistemden ayrılamayacağı için silah sistemi, alt sistemleriyle anlatılmıştır. Ayrıca; iç balistik temel denklemlerine değinilmiş, mühimmat ve silah sistemleri sınıflandırılmış, analiz adımlarında izlenen metot ve kabuller verilmiştir. Bu doğrultuda; seçilen mühimmata ait basınç değerleri ?PRODAS? programıyla elde edilmiştir. Namlu tasarımı 3 boyutlu tasarım programı olan ?CATIA? da yapılmış ve tasarlanan model sonlu elemanlar paket programı ?Abaqus CAE? ye aktarılmıştır. Model burada çözümlenerek gerilme dağılımında kritik yerler belirlenmiş ve bu yüksek gerilme değerlerine göre namlu cidar kalınlığı, emniyet faktörü hesaba katılarak optimize edilmiştir. Çözüm yapılırken; elde edilen basınçlar değerlendirilmiş, modele bu basınç değerlerinin doğru verilebilmesi için algoritmalar çalışılmış ve sonuçta gerçek patlama olayını temsil edebilecek bir sistem oluşturulmuştur. Bu sayede; namlu malzemesi, kalibresi, uzunluğu ile mühimmata ait parametreleri belli olan sistemlerin namlu cidarı optimizasyonuna yönelik akademik çalışmalara yol gösterici bir yaklaşım geliştirilmiştir.

The lightness is one of the most important parameters and requirements in today?s gun design. In the past, being able to produce a gun barrel was considered enough and weight criterion was not taken into account. Today, durability as well as lightness and fast maneuver capability have become important. The first step to design a light gun is to design a light barrel. The reduction of the weight of a barrel can be provided by the choosing of light material, wall optimisation or production method modification. In this sense, designing a barrel in optimum dimensions is the first and most important step to design a gun. In this study, the aim is to calculate and optimize bore thickness through the barrel axis with the pressure values after the explosion, which is hard to solve by analitical methods. As the barrel can not be distinguished from the system it belongs, the weapon system is explained with sub systems.In addition, the fundamental equations of interior ballistics are mentioned, ammuniton and gun systems are classified, the term of ?optimization? is explained and methods and assumptions that are followed in analysis steps are given. In this sense, pressure values of selected munition are obtained with the ?PRODAS? programme. The barrel was designed by ?CATIA? which is a 3D design programme and the model was transferred to the ?Abaqus CAE? finite element packet program.The model here is solved and critical locations in the distribution of stresses are determined. According to these high stress values, bore thickness is optimized with safety factor. During the analysis, the obtained pressure values are evaluated and algorithms are studied to input these values into the model correctly. Finally, a system is created that could represent a real explosion situation. In this way, an approach is developed to lead academic studies which are about the optimization of barrel thickness in the systems whose barrel material, caliber, length and ammunition parameters are certain.