Patlama yükü altındaki çelik plakaların patlama parametrelerine bağlı dinamik davranışının incelenmesi

Abstract

Mayın patlaması sırasında ortaya çıkan yüksek basınç araç gövdesinde yüksek deformasyon ve ivmelenmeye yol açarak mürettebat için risk oluşturmaktadır. Araç için kritik bölgelerin önceden tespitinde sonlu elemanlar yönteminin kullanılması büyük önem taşımaktadır. Yüksek lisans tezi kapsamında yapılan çalışmada, patlama mesafesi ve patlayıcı kütlesi gibi parametreler ile plaka deplasman ilişkisinin saha testleri öncesinde ön görülmesi hedeflenmiştir. Bunun yanısıra takviyeli plakaların deplasman üzerindeki sönüm etkileri incelenerek tasarımcı için yol göstermesi amaçlanmıştır. Tez çalışması, belirlenen bu amaçlar doğrultusunda iki kısımdan oluşmaktadır. Çalışmanın ilk aşamasında patlayıcı kütlesi ve patlama mesafesi olmak üzere iki önemli patlama parametresinin plaka deplasmanı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Patlama mesafesi sabit tutularak patlayıcı kütlesi oranlarına bağlı deplasman oranları elde edilmiş ve trend bir eğri oluşturulmuştur. Bunun yanısıra 1 kg ile 10 kg patlayıcı kütle aralığı için patlama mesafesine bağlı deplasman değişimi incelenmiştir. Patlama mesafesinin artmasına bağlı olarak plakanın merkez deplasmanındaki düşüş yüzdeleri bulunmuş ver her bir patlayıcı kütlesi için aynı grafikte gösterilmiştir. Literatürde yapılan plaka test değerleri alınarak bulunan eğriler ile kıyaslandığında uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci kısmı patlama yüklerinin değişik formdaki takviye plakaları üzerindeki sönüm etkisinin incelenmesine yöneliktir. Değişik formdaki takviyeler ağırlığı aynı olacak şekilde boyutlandırılarak patlama analizleri gerçekleştirilmiştir. Takviyelerin plakanın deplasman ve ivme değerlerini düşürmesi, doğal frekansını ise artırması yönündeki etkileri değerlendirilmiş ve en efektif form seçilmiştir. Seçilen takviye formunun kalınlıkları değiştirilerek deplasman etkileri incelenmiş ve optimum bir kalınlık belirlenmiştir. Seçilen takviye formu ve boyutları ile farklı konfigürasyonlar denenerek maksimum deplasman düşüşünü sağlayan model seçilmiştir. Nihai karar verilen modelde deplasman düşüşünün yanı sıra ağırlık artışı, doğal frekans, mod şekilleri ve gerilme değerleri de incelenmiştir.Bu çalışmadaki patlama analizleri LS DYNA sonlu elemanlar kodu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Plaka ve takviye modellerinin hazırlanmasında ise Hypermesh programı kullanılmıştır. LS DYNA yazılımı ile gerçekleştirilen patlama analizlerinde CONWEP (Conventional Weapons) patlama yöntemi kullanılmıştır. Patlama tipi, açık havada küresel yayılı patlama tipi şeklinde tanımlanmıştır. Mayın patlamalarında yüksek gerinim hızlarındaki malzeme davranışının benzetimi için plaka malzemesi olarak Johnson-Cook malzeme modeli kullanılmıştır.

High pressure during the mine blasts causes high deformation and acceleration for the vehicle body and poses a risk for the crew. It is very important to use the finite element method in order to predetermine the critical regions of the vehicle.Within the scope of master thesis, it is aimed to predict the displacement relationship of the steel plate with blast parameters such as explosive mass and standoff distance for the free air blast tests. Besides, it is aimed to guide the designer by examining the damping effects on the displacement of stiffened plates.The thesis study consists of two parts. In the first stage of the study, the effects of two important parameters, explosive mass and standoff distance, on plate displacement are investigated and trend graphs are obtained. Depending on the variable explosive mass, the displacement ratios are obtained by keeping the standoff distance constant. A trend curve is created using the obtained ratios. In addition, displacement changes due to standoff distance are investigated for 1 kg to 10 kg explosive mass range. The percentage decrease of the center displacement of the plate has been found due to the increase in the standoff distance. The plate test values carried out in the literature are compared with the obtained curves and the results are consistent.In the second part of the study, it is aimed to investigate the damping effects of different forms of stiffened plates exposed to blast loading. Different forms of stiffeners are dimensioned so as to maintain the same weight. The effects of the stiffeners on decreasing the displacement and acceleration values of the plate and increasing the natural frequency are evaluated and the most effective form is selected. By changing the thickness of the selected stiffener form, displacement effects are examined and an optimum thickness is determined. With the selected stiffener form and dimensions, different configurations are tried and the model that provides maximum displacement decrease is selected. In the final decision model, weight increase, natural frequency, mode shapes and stress values as well as displacement decrease are examined.Blast analyzes in this study are performed by using LS DYNA finite element code. Hypermesh program is used in preparation of plate and stiffener models. CONWEP (Conventional Weapons) explosion method is used in blast analyzes performed with LS DYNA software. The type of explosion has been defined as a spherical free air explosion type. Johnson-Cook material model is used as a plate material to simulate material behavior at high strain rates in mine blast simulations.