Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi
Cilt: 10, No: 4, 2013 (1-21)
Electronic Journal of Machine Technologies
Vol: 10, No: 4, 2013 (1-21)
TEKNOLOJİK
ARAŞTIRMALAR
www.teknolojikarastirmalar.com
e-ISSN:1304-4141
Makale
(Article)
Zırh Tasarımında Kullanılan Kompozit Malzemelerin Deformasyon
Karakteristiğinin Araştırılması
Nihal YUMAK*, Yeliz PEKBEY**, Kubilay ASLANTAŞ*
Afyon Kocatepe Üniversitesi Tekn. Fak. Makine Müh. Böl., Afyon/TÜRKİYE
**
Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine müh. Böl. İzmir/TÜRKİYE
[email protected]
*
Geliş Tarihi: 01.06.2014
Kabul Tarihi: 10.06.2014
Özet
Askeri ve sivil hayattaki korunma ihtiyacının sonucu olarak balistik koruyucu giysiler ortaya çıkmıştır. İlk
zamanlarda metal ve metal türevli malzemelerden üretilen zırhlar, yüksek mukavemetli kumaşların
geliştirilmesiyle birlikte yerini bu kumaşlardan üretilmiş koruyucu giysilere bırakmıştır. Günümüzde yüksek
mukavemetli kumaşlar balistik uygulamaların yanı sıra havacılık, denizcilik ve taşıt teknolojisi gibi birçok alanda
da kullanılmaktadır. Balistik koruyucu giysilerde balistik performansı belirleyen mekanik özellikler yüksek
mukavemet, yüksek Elastisite modülü ve düşük yoğunluktur. Bütün bu özellikler balistik uygulamalarda kompozit
malzemeler sayesinde bir arada sağlanabilmektedir. Bu sebeple balistik kompozit malzemelerin modellenmesi,
tasarımı ve geliştirilmesiyle ilgili çalışmalar günümüzde birçok araştırmacı tarafından incelenmektedir. Bu
sebeple bu çalışmaların incelenmesi bir araya getirilerek ileride yapılacak çalışmalara temel oluşturması açısından
oldukça önemlidir.
Anahtar Kelimeler: Balistik Koruma, Yüksek Mukavemetli Kumaşlar, Hasar Mekanizmaları, Kompozit
Malzemeler
Investigation of Deformation Characteristics of Composite
Materials Used in Armor Design
Abstract
Military and civilian life as a result of the need for protection has emerged ballistic protective clothing. In earlier
times derived materials produced from metal and metal shields, with development of high-strength fabric replaced
have been replaced by protective clothing made from these fabrics. Nowadays, the application of high-strength
ballistic fabrics, as well as aviation, marine and vehicle technology is also used in many fields such as.
Determining the mechanical properties of ballistic performance in ballistic protective clothing high strength, high
modulus of elasticity and density is low. Thanks to these features composite materials in ballistic applications may
be provided together. For this reason, ballistic composite material modeling, design and development work related
to the present is studied by many researchers. For this reason, an examination of these studies as a basis for future
studies combining is very important in terms of.
Keywords: Ballistic Protection, High Strength Fabrics, Failure Mechanisms, Composite Materials
Bu makaleye atıf yapmak için
Aslantaş K., Yumak N., “Zırh Tasarımında Kullanılan Kompozit Malzemelerin Deformasyon Karakteristiğinin Araştırılması” Makine Teknolojileri Elektronik
Dergisi 2014, (10) 1-21
How to cite this article
Aslantaş K., Yumak N., “Investigation of Deformation Characteristics of Composite Materials Used in Armor Design” Electronic Journal of Machine
Technologies, 2014, (10) 1-21
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
Zırh Tasarımında Kullanılan Kompozit Malzemelerin…
1. GİRİŞ
İnsanoğlu tarih boyunca kendini dışarıdan gelen saldırılara karşı korumak için hep bir çalışma içinde
olmuş ve bunun sonucu olarak balistik bilimi gelişmiştir. Balistik bilimi bir merminin namludan çıkarak
hedefe çarpana kadarki namlu özellikleri ve ortam şartlarıyla değişen hareketlerini ve hedefe çarptıktan
sonraki enerji boşalması ve deformasyon davranışlarını inceleyen bilim dalıdır. Balistik bilimi çalışma
konularına göre iç balistik, dış balistik ve terminal balistik olarak 3’e ayrılır. İç ve dış balistikte merminin
namlu içinde ve uçuş sırasındaki hareketleri incelenirken terminal balistikte hedefe çarpan mermi ve
hedefte oluşan deformasyonlar incelenir. Bu bakımdan hedef (zırh) tasarımı, karakteristiği ve
deformasyon alanlarının araştırılması terminal balistiğin konusudur. Zırhlar çeşitli büyüklük ve hızdaki
mermi ve şarapnel parçacıklarına karşı mühimmat ve kişilerin korunması için geliştirilen donanımlardır.
Zırhlar kullanım alanlarına göre 3 gruba ayrılır.
Bunlar:
o
o
o
Kişisel Zırhlar (kurşungeçirmez yelekler, kasklar)
Hafif Zırhlar (helikopter ve savaş uçaklarında kullanılan zırhlar)
Ağır Zırhlardır (tanklarda kullanılan zırhlar) [1].
İnsanlık tarihindeki ilk zırhlar çeşitli hayvan derileri ve ağır metallerden yapılmış kalkanlar ve şehirleri
korumak için yapılmış surlar ve hendeklerdir [2-3]. Fakat gelişen savaş teknolojisi karşısında bu
yöntemler yetersiz kalmıştır. Bu nedenle ilk zamanlarda üretilen metal ve metal türevli zırh tasarımları
1970’lerde yüksek dayanımlı fiberlerin geliştirilmesiyle birlikte yerini yüksek dayanımlı düşük
yoğunluklu malzemelerle üretilen kompozit zırhlara bırakmıştır [4]. Yüksek mukavemetli kumaşların zırh
üretiminde kullanılmasıyla üstün balistik performans, yüksek enerji sönümleme kabiliyeti, düşük ısı
iletkenliği, düşük iç deformasyon gibi özellikler elde edilirken çatlak yayılmasına, korozyon ve
kimyasallara karşı yüksek dayanımda sağlanmıştır. Aynı zamanda sağladıkları mekanik avantajların
yanında konfor, ergonomi, maliyet faktörü, kullanım ömrü ve çevre koşullarına (ısı, ultraviyole ışınlar ve
nem) karşı direnç ve kolay bakım gibi tasarımları hafifleterek kullanım alanlarını genişleten özellikleri de
mevcuttur [5]. Yüksek mukavemetli kumaşlar yüksek çekme gerilmesi ve yüksek Elastisite modülü ile
yüksek balistik direnç gösterirken aynı zamanda darbe süresince hasar oluşumunu da en aza
indirmektedir. Bu kumaşların balistik etkiyi absorplama prensibi darbe enerjisini geniş bir alana yayarak
oluşabilecek deformasyonu en aza indirmeye dayanır. Uygulanan her bir katmanda merminin ani darbe
enerjisi lifler tarafından absorbe edilir ve kumaşın yapısal özelliğinden dolayı diğer liflere aktarılır [6].
Böylelikle ani darbe enerjisi çok geniş bir alana yayılarak noktasal etkisini kaybeder. Enerjinin diğer
liflere transferi sonraki kumaş katmanlarında da devam eder. Kumaşta enerjinin hızlı yayılması lifler
arasındaki bağlantı noktalarına dolayısıyla dokuma veya örgü türüne bağlıdır. Bağlantı noktalarının fazla
olduğu kumaşlarda enerji daha hızlı ve kolay yayılır.
Kullanılan yüksek mukavemetli kumaşların yanında kompozit zırh tasarımında darbe dayanımını
arttırmak ve kullanım alanlarını genişletmek için zırh tasarımlarında seramik, alüminyum, çelik ve
titanyum gibi malzemeler kullanılarak metal ve seramik katmanlı kompozit zırhlar da
geliştirilebilmektedir [7].
Bu zırhların enerji emilimini etkileyen en önemli faktörler lif cinsi, kumaş yapısı ve sıklığı, mermi
geometrisi, mermi hızı, mermi-kumaş/kumaş-kumaş arasındaki sürtünme katsayısı ve giyside kullanılan
kumaş katmanlarının sayısıdır. Bu materyallerin kişisel koruma için kullanılması ise bu materyallerin ve
bileşenlerinin mekaniksel tepkilerinin anlaşılmasına yönelik daha ileri bilimsel yaklaşımları
gerektirmektedir. Bunun için darbe etkisinin oluşturduğu deformasyon ve balistik dayanıma etki eden
faktörler doğru tayin edilmeli, kullanım şartlarına uygun malzeme seçilmelidir.
2
Aslantaş K., Yumak N.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
2. ZIRH TASARIMINDA KULLANILAN YÜKSEK MUKAVEMETLİ FİBERLER
Askeri alanlardaki teknolojik gelişmelere paralel olarak zırh tasarımlarındaki gelişmeler de hız
kazanmıştır. İlk dönemlerde kullanılan ağır zırhlar ve kalkanlar ilerleyen zamanlarda ateşli silahların da
savaş alanlarında kullanılmaya başlamasıyla birlikte, yetersiz ve hantal kalmıştır. Bu nedenle
araştırmacılar, yüksek dayanımlı hafif kumaşlara yönelmiştir.
Yüksek dayanımlı kumaşlar üretim yöntemlerine göre 2’ye ayrılırlar. Bunlar Dokuma ve Örgü
kumaşlardır. Örgü kumaşlar dokuma kumaşlara göre daha mukavemetli fakat karmaşık üretim yöntemleri
sebebiyle daha yüksek maliyetli kumaşlardır. Bu sebeple askeri uygulamalarda maliyetinin düşük olması
ve balistik direncinin yüksek olması sebebiyle çoğunlukla dokuma kumaşlar kullanılır [8]. Farklı örgü ve
dokuma tipleriyle üretilmiş kumaşlar Şekil-1 de görülmektedir [9]. Dokuma tiplerinin en yaygın olarak
kullanılanları düz ve sepet dokuma türleridir. Sepet dokuma, dokuma karakteristiği sebebiyle düz
dokumadan %10 daha fazla enerji emilimi sağlamaktadır [10].
Şekil 1. Yüksek dayanımlı kumaşlarda kullanılan dokuma türleri [9].
Zırh tasarımında en çok tercih edilen kumaş türleri; para-aramid, yüksek molekül ağırlıklı polietilen
(HMWPE), cam fiberler ve son yıllarda zırh tasarımında kullanımları artan PBO ve PPID’dır. Bu
kumaşlar ile üretilen balistik zırhlar metaller ve seramikler ile üretilen zırhlara kıyasla daha hafif olmaları
nedeniyle birim ağırlık başına performansları ve hareket kabiliyetleri yüksektir.
2.1 Aramid Fiberler
Aramid kumaşlar yapı ve özelliklerine göre Meta-aramid ve Para aramid olarak ikiye ayrılırlar. Metaaramidler ısıl dirençleri çok yüksek olan tutuşturulamayan ve yakılamayan aramidlerdir. Aramid
fiberlerin ısıl koruyucu üretiminde kullanılan türleridir. En bilinen türleri ise Nomex (Dupont), Conex
(Teijin) ve Conex HT (Teijin)’dir. Aramid kumaşların balistik uygulamalarda kullanılan türleri ise paraaramid fiberlerdir. En bilinen türleri ise Kevlar (Dupont), Twaron (Akzo) ve Technora (Teijin) dir [5].
Şekil 2. Para-Aramid kumaşa uygulanan balistik test [12].
3
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
Zırh Tasarımında Kullanılan Kompozit Malzemelerin…
Para-aramid kumaşlar ilk olarak plastik malzemelerin güçlendirilmesi amacıyla üretilmişlerdir. Fakat
günümüzde savunma, otomotiv, havacılık ve uzay teknolojisi alanlarında kullanımları yaygınlaşmıştır
[13].
Para-aramid kumaşların genel özellikleri;
o
o
o
o
o
o
Yüksek çekme gerilmesi
Yüksek Young modülü
Yüksek şok-yükleme performansı
Yüksek spesific sertlik
Düşük elektriksel iletkenlik
Düşük kopma uzaması
o
o
o
Yüksek aşınma direnci
Yüksek kimyasal direnç
Düşük basınç dayanımı
o
Düşük sürünmedir [11-16].
Aramid kumaşların kullanım alanları ve çalışma koşulları incelendiğinde çevresel faktörlerin önemi
ortaya çıkmaktadır. Para-aramid kumaşların dayanımına etki eden en önemli çevresel faktör ultraviyole
ışınlardır. Ultraviyole ışınların aramid kumaşların dayanımına etkisini belirleyebilmek için yapılan bir
çalışma doğrudan güneş ışınları altında 5 hafta bekletilen aramid kumaşın dayanımının %49 oranında
düştüğünü görülmüştür [17]. Bu nedenle yoğun ultraviyole ışınlara maruz kalacak tasarımlarda aramid
kumaşların farklı yapıdaki fiberler ile dokunması ve kaplama yapılarak aramid kumaş üzerine gelecek
ultraviyole ışını engelleme yollarına gidilebilmektedir [18]. Mekanik özellikleri etkileyen diğer bir
çevresel faktör ise sıcaklıktır. Yüksek sıcaklıklara (355°F’dan daha yüksek) maruz kalan aramid
kumaşların darbe dayanımı %20 oranında düşmektedir [19]. Aramid kumaşların darbe dayanımını
geliştirebilmek için günümüzde nano-parçaçık (nanokil ve CNT gibi) takviyesi yöntemlerine sıkça
başvurulmaktadır [20-21].
Diğer bir para-aramid kumaş türü ise Twaron’ dur. Para-aramid lifleri içerisinde Kevlar’ dan sonra en
büyük pazar payına sahip olan kumaştır. Piyasada yaygın olarak 3 türü vardır. Bunlar 1100 dtex
inceliğinde Twaron standart, daha yüksek dayanımlı Twaron CT ve 930 dtex inceliğindeki Twaron CT
Microfilament’ dir.
Technora kumaşları ise Teijin firmasının geliştirdiği yüksek mukavemetli kumaşlardır. Ayrıca Technora’
nın yapısında bulunan eter bağları, lifin diğer aramid liflerine göre daha esnek olmasını sağlamaktadır.
Kablo, halat, ısıya ve kesilmeye dayanıklı koruyucu giysi gibi geniş kullanım yelpazesine sahiptir.
Technora fiberlerinin çevresel faktörlere karşı dayanımı yüksektir [22]. Technora’ nın avantajı hidrolize
dayanıklı olması sebebiyle sulu ortamlarda da kullanılabilir olmasıdır [23].
2.2 Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilenler (HMWPE)
Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilenler (HMWPE) piyasada Spectra ve Dyneema isimleriyle bilinir.
Yüksek moleküler ağırlıklı polietilenler 1 g/
den daha küçük yoğunluklarıyla zırh sanayinde kullanılan
en hafif malzemelerdir [5].
4
Aslantaş K., Yumak N.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
Şekil 3. Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilenler (HMWPE) fiberler ile üretilen kurşun-geçirmez yelek a)
ön, b) arka [24].
Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilenler (HMWPE) genel özellikleri ise;
o
o
o
o
o
Yüksek elastikiyet
Yüksek kopma dayanımı
Yüksek sürünme
Yüksek aşınma direnci
Düşük yoğunluktur [25-28].
o
o
Yüksek nem dayanımı
Yüksek ultraviyole dayanımıdır
Yüksek yoğunluklu polietilenler
düzeyinde bir molekül ağırlığına sahiptir. Artan molekül ağırlığı ile
beraber akışkanlığı azalmıştır. Bu sayede “Jel Eğirme” adı verilen teknikle çekilen polietilenden yüksek
performanslı lifler üretilmektedir. Erime noktaları 144-152 °C arasındadır [29]. HMWPE düşük
sıcaklıklarda (78K) kırılgan malzeme özellikleri göstermektedir. Oda sıcaklığında 23,24 MPa olan basma
gerilmesi düşük sıcaklıklarda 90,56 MPa çıkmaktadır. Sertlik değeri ise oda sıcaklığında 24,98 MPa iken
düşük sıcaklıkta 28,89 MPa’ a çıkmaktadır [30]. HMWPE de aramid fiberler gibi ultraviyole ışınlar karşı
duyarlıdır. HMWPE’ nin ultraviyole ışınlara karşında dayanımını arttırmak için CNT gibi nano-parçaçık
ilavesi yöntemlerine gidilmektedir [31-33].
2.3 PBO (Polybenzobisoxazole) Kumaşlar
PBO (Polybenzobisoxazole) lifleri 1980’li yıllarda Amerika Hava Kuvvetlerinin aramid fiberlerden daha
güçlü malzeme üretme çabalarının bir sonucu olarak ortaya çıkmıştır [34]. Piyasada Toyobo firmasının
ticari ismi olan Zylon ismiyle bilinmektedir.
Şekil 4. PBO kumaş yapısı [35].
5
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
Zırh Tasarımında Kullanılan Kompozit Malzemelerin…
PBO fiberlerinin genel özellikleri ise;
o
o
o
Yüksek bozulma sıcaklığı
Yüksek sürünme direnci
Düşük nem direncidir [36-38].
o
o
Yüksek aşınma direnci
Düşük ultraviyole direnci
PBO fiberlerde diğer fiberler gibi çevre koşullarına karşı duyarlıdır. Özellikle ultraviyole ışınlarına maruz
kalan PBO fiberlerin çekme gerilme değerlerinde önemli düşüşler görülmektedir. PBO kumaşların
ultraviyole ışınlar altındaki dayanımını araştırmak için yapılan bir çalışmada 6 ay boyunca gün ışığına
maruz kalan bir Zylon da % 65 oranında mukavemet kaybı olduğu gözlemlenmiştir [39]. Bu sebeple
PBO liflerinin ultraviyole ışınlara karşı dayanımını arttırmak ve kullanım alanlarını genişletmek için
çeşitli nano-parçaçık (ZnO, Silica ve CNT) takviyesi ve yüzey kaplama yöntemlerine gidilmektedir.
Literatürde bu PBO liflerinin ultraviyole ışınlara karşı dayanımını arttırmak için ZnO nano-parçaçıkları
PBO lifleri üzerlerine %0,5, %1 ve %2 oranlarında uygulanarak 10, 20 ve 30 saat ultraviyole ışınlara
maruz bırakılmıştır. Deneyler sonuncunda görülmüştür ki %2 oranında ZnO içeren PBO lifleri 30 saat
sonunda kaplama yapılmamış PBO liflerine göre %109 daha yüksek çekme gerilmesine ulaşmıştır [4041]. Diğer bir çalışmada PBO liflerini CNT ekleyerek mekanik özellikleri incelenmiş, sonucunda %60
oranında çekme gerilmesi %20 oranında Young modülünde artış elde edilmiştir [42]. Diğer bir çevresel
faktör olan nem ve sıcaklığın etkisi 26 hafta boyunca yüksek sıcaklık boyunca ve neme maruz kalan
fiberlerde çekme gerilmesinde %30 oranında düşme görülmüştür [43]. Fakat PBO fiberler–matris arası
yüzeyinin yumuşak ve kimyasal olarak aktif olmayan düşük yapışma oranına sahiptir. Bu sebeple
kompozit malzemelerde kullanımları sırasında düşük yapışma gösterebilmektedirler. Bu sebeple UV
ışıma, O2 VE NH2 plazma gibi yüzey işlemleriyle yüzey özellikleri geliştirilmektedir [44].
2.4 Yüksek Performanslı Cam Fiberler
Yüksek mukavemetli cam fiberler A, E, C, D, E, ECR, AR, R, S-cam olmak üzere 9 farklı türde üretilir
[45]. Balistik tasarımlarda yüksek dayanımları, kolay işlenebilir olmaları ve düşük yoğunlukları sebebiyle
en çok kullanılan türleri E-cam ve S-cam’ tır. S-cam ve E-cam askeri birçok uygulamada kullanılan
güçlendirilmiş fiberlerdir. S-camın maliyeti E-cam ile kıyaslandığında yüksek olsa da yüksek dayanımı ve
düşük yoğunluğu sebebiyle balistik uygulamalarda sıklıkla kullanılır. S-cam yüksek oranda yorulma
dayanımına ve neme karşı yüksek direnci sahiptir. Buna karşın sürünme oranı düşüktür. S-camın çekme
mukavemeti E-camına oranla %33 daha yüksektir [46]. Cam fiberler diğer 4 gruptaki fiberler ile
kıyaslandığında, maliyetlerinin düşük olduğu, fakat yoğunluklarının daha yüksek olduğu görülmektedir.
Bu özellikler sebebiyle cam fiberlerin balistik uygulamalardaki kullanımları sınırlıdır.
2.5 PPID (Polypyridobisimidazole) Lifleri
Yüksek balistik performansa sahip olan PPID (Polypyridobisimidazole) lif grubu Akzo Nobel tarafından
geliştirilmiştir [47]. PPID lifleri PBO lifleri gibi çok kısa süredir yaygın olarak kullanılan yüksek çekme
gerilmesi, yüksek Elastisite modülü ve yüksek elektriksel iletkenliğe sahip lif grubudur [34]. PPID
liflerinin üretim teknolojileri liflerin dayanım arttırmak ve kullanım alanlarını yaygınlaştırmak için
günümüzde hala araştırma konusudur.
3. ZIRH TASARIMINDA KULLANILAN FİBERLERİN KARŞILAŞTIRILMASI
Balistik uygulamalarda kullanılan yüksek mukavemetli kumaşlar 5 temel gruba ayrılabilir. Bunlar Aramid
Fiberler, HWMPE, PBO, Cam Fiberler ve PPID dir. Tablo 1.’ de bu 5 kumaş türü ve mekanik özellikleri
karşılaştırmalı olarak verilmiştir [5]. Bu 5 farklı malzeme grubu polimer yapısı olarak 5 farklı polimer
yapısı ve moleküller arası bağ yapısına sahiptir. Bu sebeple 5 farklı malzeme grubunun her biri farklı
mekanik ve fiziksel özelliklere sahiptir. HWMPE 5 malzeme grubu içinde en hafif olanıdır daha
sonrasında aramid fiberler, PBO ve PBI gelir. Bu malzeme grubu içinde en büyük yoğunluğa sahip olan
6
Aslantaş K., Yumak N.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
grup cam fiberlerdir. Fakat maliyetlerinin düşük olması sebebiyle ağırlık faktörünün göz ardı
edilebileceği zırh tasarımlarında kullanılabilmektedirler.
PBO lifleri aramid kumaşlar ile
karşılaştırıldığında aramid liflerde 840°F olan ayrışma ısısı PBO da 1025°F a kadar yükselir [34]. Kevlar,
Spectra ve Zylon kesilme dirençlerinin karşılaştırıldığı bir çalışmada farklı kesme açılarıyla (40, 50, 60,
70, 80, 90) yapılan karşılaştırmalı çalışmada bütün kesme açılarında Zylon’ un Kevlar ve Spectra’ dan
daha iyi direnç gösterdiği görülmüştür [48].
7
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
Zırh Tasarımında Kullanılan Kompozit Malzemelerin…
Tablo 1. Zırh Tasarımında kullanılan kumaş türleri ve mekanik özellikleri [5, 59, 80].
Fiber
Cam
Üretici
Firma
S-cam
Owens Corning
E-cam
Owens
Kopma
Uzaması
(%)
Yoğunluk
(g/
)
5.3
2.4
Elastisite
Modülü
(GPa)
90
3
2.55
74
Çekme
Gerilmesi
(MPa)
4400
Corning
Aramid
HMWPE
Technora
Tejin
4.4
1.39
70
3000
Twaron
Tejin
2.0
1.45
121
3100
Kevlar 29
Dupont
4.2
1.44
70
2965
Kevlar 49
Dupont
3.5
1.44
96
3390
Kevlar 129
Dupont
2.6
1.44
113
2965
Nomex
Dupont
Spectra 900
Allied- Signal
22
1.38
2.8
0.97
73
2400
Spectra
2.8
0.97
103
2830
3340
Spectra2
3.0
0.97
124
DSM
3.5
0.97
87
Zylon AS
Toyobo
3.5
1.54
180
5800
Zylon HM
Toyobo
2.5
1.56
270
5800
M5 (2001
örn.)
M5(goal)
Akzo
Nobel
271
450
3960
9500
2600
Dyneema
PBO
PPID
Metal
Çelik
1.4
2.5
1.70
4.8
7.8
8
203.6
770
Aslantaş K., Yumak N.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
4. ZIRH TASARIMLARINDA KULLANILAN KOMPOZİT MALZEMELERİN DARBE
DAYANIMINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER
Zırh tasarımında kullanılan yüksek dayanımlı fiberlerin tasarımlarda darbe dayanımına etki eden
faktörler; Malzeme Özellikleri, Kumaş Yapısı, Mermi Geometrisi, Darbe Hızı, Tabaka Sayısı, Sürtünme
ve Sınır Koşulları olarak sınıflandırılır [49-50].
4.1 Malzeme Özellikleri
Zırh tasarımlarında balistik dirence etki eden malzeme özellikleri malzemenin çekme gerilmesi, Elastisite
Modülü ve yoğunluğudur. Yüksek Elastisite (E) ve düşük yoğunluğa (q) sahip olan malzemelerin darbe
etkisini daha geniş bir alana yayarak darbenin noktasal etkisini azalttığı görülmüştür. Bu durumu
matematiksel olarak ifade edecek olursak mermi zırha çarptığı noktada darbe dalgası oluşturur [51].
c=
c= Darbe dalgasının aktarım hızı
Balistik direnci etkileyen diğer bir faktör ise alansal yoğunluktur [52]. Farklı tiplerdeki fiber ve
kompozitler ile yapılan çalışmada yüksek alansal yoğunluğa ve yüksek hacim oranına sahip kompozit
malzemelerin daha yüksek balistik direnç gösterdiği sonucuna varılmıştır. Ayrıca çalışma neticesinde
görülmüştür ki malzemenin enerji sönümleme kapasitesinin fiber özelliklerine doğrudan bağlıdır [53].
Field ve Sun çalışmalarında 1000 m/s deki çelik bilyeler ile balistik tasarımlarda sıkça kullanılan 2 farklı
malzeme grubunun Aramid ve UHWMPE (Kevlar ve Spectra) darbe dalga hız özellikleri incelemiştir.
Çalışmalarının sonunda görülmüştür ki yüksek dalga yayılım hızına sahip kumaşlar darbe etkisinin daha
geniş bir alana daha hızlı yayarak darbe etkisini daha hızlı bir şekilde sönümleyebilmektedirler [54].
4.2 Kumaş Yapısı
Kumaş yapısı, kumaşı oluşturan örgünün, örgüyü oluşturan ipliğin ve ipliği oluşturan lifin tüm
özelliklerini taşımaktadır. Fakat tek başına kumaş yapısıyla ilgili bilgiler balistik performansı tahmin
etmemize yetmez. Kumaşların balistik direncin belirlenmesinde kumaş malzeme özellikleri ve kumaş
dokuma özelliklerinin bir arada değerlendirilmesi gerekmektedir.
Şekil 5. a) Düzlemsel (2D) b) Üç Boyutlu (3D) kumaşların yapı diyagramları [58].
Zırh tasarımında kullanılan yüksek mukavemetli kumaşlar üretim yöntemlerinin yanında üretim
geometrilerine göre de 3 farklı gruba ayrılır; Tek Yönlü Plakalar, Düzlemsel (2D) ve Üç Boyutlu (3D)
kumaşlardır [55]. Zırh tasarımında diğer kumaş türlerine göre daha yakın zamanlarda kullanılmaya
başlayan 3D kumaşlar, 2D kumaşlara atkı ve çözgü ipliklerine ek olarak üçüncü bir Z ipliğinin dokuma
sürecine eklenmesiyle üretilmişlerdir [56-57]. Bu üç farklı kumaşın enerji sönümleme ve darbe yükleri
karşısında hasar davranışları incelendiğinde tek yönlü plakaların, düzlemsel (2D) ve üç boyutlu (3D)
kumaşlara kıyasla daha fazla enerji absorbe edebildiği fakat hasar alanlarının (2D) ve (3D) kumaşlara
oranla daha büyük olduğu görülmüştür [58].
9
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
Zırh Tasarımında Kullanılan Kompozit Malzemelerin…
Şekil 6. Farklı dokuma geometrilerinin mekanik özelliklere etkileri [59].
3D kumaşların darbe dirençleri ve mekanik özellikleri 2D kumaşlar ile karşılaştırıldığında 3D kumaşların
mekanik ve balistik özelliklerinin 2D kumaşlardan daha üstün olduğu görülmektedir. Şekil 6. da 2D ve
3D dokuma tipleriyle dokunmuş Zylon ve Kevlar tipi kumaşların mekanik özellikleri görülmektedir [59].
4.3 Mermi Geometrisi
Merminin yüksek hızla gelerek zırha çarpması esnasında mermi baskıya ve kesme kuvvetine neden olarak
zırhı penetrasyona uğratır. Mermi yavaşlayarak plakayı deforme etmeye başlar ve bu durum
delaminasyona ve fiberlerin çekilmesine neden olur. Bu esnada merminin zırha temas yapacağı mermi
ucu geometrisi basıncı arttırıp azaltacağı için deformasyon oluşumunda önemlidir [55]. Mermi
geometrisinin etkisi incelendiğinde mermi ağırlığı, mermi yarıçapı ve mermi uç geometrisi etkileri
incelenmelidir. Sabit kütledeki farklı yarıçaplarda aynı mermi geometrisine sahip mermiler ile yapılan
deneyler sonucunda görülmüştür ki, artan mermi yarıçapıyla balistik limit hızı artmaktadır. Sabit yarıçap
ve aynı mermi geometrisine sahip mermiler ile yapılan testlerde balistik hız limitinin artan kütleyle
birlikte düştüğü görülmüştür [60].
Şekil 7. Darbe testlerinde kullanılan farklı geometriye sahip darbe uçlar a) Düz, b) Yarı küresel, c)
Ogival, d) Konik [61-64].
Balistik uygulamalarda test düzeneklerine uyumluluğu sebebiyle sıkça kullanılan mermi geometrileri düz,
küresel, ovali ve koniktir [61-64]. Joseph B. Jordan ve Clay J. Naito farklı mermi geometrilerinin balistik
direnç üzerine etkilerini araştırdıkları çalışmalarında 3 farklı (4, 9, 14 mm) kalınlıktaki zırha ve 8 farklı
mermi geometrisiyle yapılan 360 balistik deney sonucunda mermi geometrisinin balistik performansa
etkileri araştırılmış ve basıncın kısıtlı bir alana toplandığı sivri uçlu mermilerde balistik direncin düşük
olduğu sonucunu bulmuştur [65]. Merminin uç geometrisi kadar balistik direnci etkileyen diğer bir faktör
merminin ağırlık ve boyutlarıdır. Farklı geometrilere sahip 3 mermi ve bu 3 merminin ağırlıkları eşit
mermi ebatları farklı 6 mermiyle balistik test yapılmış ve sonuçlar Tablo-2’de gösterildiği gibidir [66].
Tablo 2. Farklı ağırlık ve geometrilerdeki mermiler ile yapılan darbe test sonuçları [66].
10
Aslantaş K., Yumak N.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
Mermi
Küre(d=5.556 mm)
Darbe Noktası
(m/s)
Boşluk-İplik
50
13.2 - 8,5
Küre(d=2.778 mm)
Boşluk-İplik
50
32.1 - 28,5
Büyük Koni
(d=5.556 mm)
Küçük Koni
(d=2.778 mm)
Boşluk
50
16.8
Boşluk
50
43.9
Büyük Silindir
(d=5.556 mm
L=5.556 mm)
Boşluk-İplik
50
-
Boşluk -İplik
85
(m/s)
40.8 - 40,5
Bu çalışmaların sonucunda geometrinin hasar alanı ve merminin zırha geçmesinde etkili olduğu sonucu
elde edilmiştir. Mermi uç geometrisi kadar merminin ebat ve ağırlığı da balistik direnci belirleyen
unsurlardandır.
4.4 Mermi Hızı
Balistik testler sırasında hız limitinin altında bir hızla gelen merminin kumaşa temas ettiği ilk andan
kumaşa nüfuz ettiği ana kadar geçen süreyi 3 aşamada incelenebilir. İlk aşamada merminin hızından
dolayı sahip olduğu kinetik enerji ve momentum ipliklere aktarılır. İpliklerde uzama ve kumaş yapısında
bozulmalar oluşur. İkinci aşamada ise aktarılan enerjinin bir sonucu olarak merminin temas ettiği
ipliklerde çekilme meydana gelir. Üçüncü ve son aşamada ise merminin kumaşa saplanmasıyla birlikte
merminin kinetik enerjisinin tamamı sönümlenmiş olur [67]. Artan hızlarla birlikte oluşan kuvvette
artmaktadır [68]. Balistik limiti aşan hızlarda hasar alanı genişletmekte ve daha büyük deformasyonlar
oluşabilmektedir [69].
11
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
Zırh Tasarımında Kullanılan Kompozit Malzemelerin…
Şekil 9. Balistik limitin altında bir hızda gelen merminin [67].
Kritik hızın tanımlanmasında yapılan çalışmalarda görülmüştür ki, düşük hızlarda merminin kumaşa
temas ettiği esnada gerilmeler oluşmamakta ve enerjinin bir kısmı bu sayede absorbe edilebilmektedir.
Balistik limiti aşan hızlar hasar alanını genişletmek de ve daha büyük hasarlara sebep olmaktadır.
4.5 Çoklu Tabakalar
Literatürde kumaşların balistik uygulamalarda çok tabakalı olarak uygulanmasına dair çok fazla çalışma
bulunmaktadır. Bu çalışmaların büyük bir çoğunluğu artık hız (VR) ve çarpma hızı (VS) üzerine
yapılmıştır. Çok katlı balistik uygulamalar ile ilgili araştırma yapan birçok araştırmacı hasar
mekanizmaları öncelikle mermi geometrisi, hız, matris-fiber yapışma durumlarına bağlı olduğunu
görmüştür. Balistik uygulamalarda düşük matris-fiber arası yapışma durumu çok katlı balistik
uygulamalar için dayanımı arttırmaktadır. Twaron kumaşıyla tabaka sayısının travma derinliğine etkisinin
araştırıldığı çalışmada tabaka sayısının 20 den 32 ye çıkarılmasıyla travma derinliği %35,4 den %12,7 ye
azalmıştır [70]. Yüksek hızlarda yapılan testlerde artan kalınlıkla birlikte % alan başına enerji emilimi
artmaktadır [71].
4.6 Sürtünme
Mermi-iplik ve iplik-iplik arasındaki sürtünme katsayısı enerji emilimini dolayısıyla balistik dayanımı
arttırmaktadır. İplik-iplik arasındaki sürtünme balistik dayanımı mermi-iplik arasındaki sürtünmeden
nispeten daha fazla etkilemektedir [72]. Sürtünme merminin hızını azaltarak artık hızın azaltılmasını
sağlamaktadır [79]. Fiberler ve fiber-mermi arasındaki sürtünme oranı fiberlerin darbe karşında bir arada
tutularak hareket etmelerini engellemektedir [77]. Sürtünme hasar oluşumunu yavaşlatarak daha fazla
enerjinin emilebilmesini sağlamaktadır. Sürtünme farklı sınır koşullarında farklı özellikler
gösterebilmektedir. Duan ve ark. yaptıkları çalışmada 4 kenarı sabit 0,5 sürtünme katsayısına sahip
plakada enerji emilimi %11 artarken 2 kenarı sabit plakada aynı sürtünme değerinde %24 oranında enerji
emilimi artmaktadır [73]. Diğer bir sürtünme etkisinin görüldüğü mekanizma darbe etkisine uğrayan
fiberlerin matris-fiber arasındaki sürtünme oranına bağlı olarak çekilmesidir.
4.7 Sınır Şartları
Balistik uygulamalarda malzeme cinsi, kumaş yapısı, mermi hızı ve geometrisi gibi faktörlerin yanında
balistik limiti belirleyen diğer bir faktörde sınır şartlarıdır [74-76]. Dört tarafı sabit bağlantı şekli 2 tarafı
sabit bağlantı şekline göre mermiyi daha hızlı yavaşlatabilmektedir. Fakat 2 tarafı sabit bağlantı şekli
mermi hızını daha fazla düşürebilmektedir bu sebeple de mermi hızını daha uzun sürede yavaşlatmaktadır
[73].
5. KOMPOZİT MALZEMELERİN BALİSTİK DAVRANIŞLARININ MODELLEMESİ
Balistik darbenin, merminin kumaşa çarptığı noktada, merminin kumaşa çarptığı noktayı merkez kabul
eden x ve y yönlerinde 2 darbe dalgası oluşturduğu kabul edilir. Bu darbe dalgaları ne kadar geniş alana
yayılırsa darbenin noktasal etkisi o kadar minimuma iner. Balistik testlerde merminin kumaşta sebep
olduğu deformasyon mekanizması 2 şekilde oluşur.
12
Aslantaş K., Yumak N.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
Şekil 10. Fiberlerde enerji absorpsiyon mekanizmaları [78].
İlkinde Şekil 10.a da görüldüğü gibi mermi kumaşları ve reçine tabakalarını parçalayarak ilerler. 2.
durumda Şekil 10.b’ de olduğu gibi tabakaları yüzey tabakalarını keser, hızı yavaşlar ve delaminasyonlar
oluşturarak tabakaları birbirinden ayırarak kompozit yapı içinde kalır. Bunlardan yaygın olarak kullanılan
modeller JH-1, JH-2 ve Johnson-Cook modelleridir.
5.1 JH-1 ve JH-2 Modelleri
Johnson ve Holmquist seramik ve beton gibi kırılgan malzemeler ile takviye edilen zırh tasarımlarının
darbe yükleri karşısındaki deformasyon davranışını incelemek için JH-1 ve JH-2 modellerini tasarlamıştır
[82]. JH modeli kırılgan malzemelerin deformasyon davranışlarını tanımlamada iki farklı gerilme
değerini kullanır. Bunlardan biri malzemenin ilk haldeki deformasyona uğramamış haldeki eşdeğer
gerilmesi iken diğer gerilme değeri ise deformasyon oluşumundan sonra ölçülen eşdeğer gerilmedir. İlk
olarak JH-1 olarak tasarlanan model daha sonra yazarları tarafından JH-2 olarak geliştirilmiştir [83]. JH-2
modelinin en önemli özelliği basıncın oluşturduğu kuvveti, hasar ve kırılma, kırılmadan sonraki kuvveti,
burkulma ve uzama oranlarını içermesidir. JH-2 modeli yüksek hızda kırılgan malzemelerin hasar
davranışlarını modellemede literatürde yaygın olarak kullanılmaktadır [86-90].
Şekil 11. JH-2 modelinin hasar tanımlaması [84].
Normalize eşdeğer gerilme Şekil 11. de tanımlandığı üzere;
σ'=
-D(
-
)
: İlk durumdaki gerilme
: Hasara durumundaki gerilme
D: Hasar faktörü (0<D<1) [83].
=A
=B
(1+
( 1+C
A,B,C,M,N sabit değerleri,
Normalize Basınç Gerilmesi
Maximum Hidrostatik Çekme Gerilmesi
)
)
13
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
Zırh Tasarımında Kullanılan Kompozit Malzemelerin…
Birimsiz Uzama Oranı
P=
=
+
P: Hidrostatik gerilmedir.
: Bulk Modülü
, malzeme sabitleri
ɥ: Sıkıştırılabilirlik faktörü
Hasar oluşumundan sonra (D>0) burkulma söz
konusudur.
D=
=
,
ɥ+
malzeme sabitleridir.
Basınç artışının eklenmesiyle birlikte;
P= ɥ+
ΔP=0 D=0
ΔP=
+
+ΔP
D=1,
JH-2 modeli malzemeyi 3 farklı hasar durumu içinde inceler. Bunlar (D=0) HASARSIZ, (D=0,5)
HASARLI ve (D=1) KIRILMA’dır. JH-2 modelinin ana fikri hasarlar oluşmaya başladığında (D>0)
malzemenin yumuşamaya başlayacağıdır.
5.2 Johnson- Cook Modeli
Johnson-Cook hasar modeli metallerin darbe ve delinme deformasyonlarının tanımlanmasında kullanılır
[85]. Genellikle adyabatik dinamik analizlerde kullanılır. Johnson-Cook modeli malzemelerin uzama
oranlarının, ısıl genleşmelerinin ve uzama sertleşmelerinin etkilerini içerir [92]. Johnson-Cook modelinin
oluşturulabilmesi için 3 basma deneyine ihtiyaç vardır. Bunlar;
o Quasi-statik test(oda sıcaklığında)
o Quasi-statik test(yüksek sıcaklıklarda)
o Dinamik testtir (oda sıcaklığında) [91].
Formül olarak ise:
=[
+ (
] (1+
In (
: Efektif plastik uzama
: Erime sıcaklığı
: Referans sıcaklık
, , , M ve N malzeme sabitleri
: Referans uzama oranı
) ) [1-
] dir.
sıcaklığında elde edilen değerlerdir.
6. SONUÇ VE DEĞERLENDİRMELER
Zırh tasarımlarından beklenen özellikler hafiflik, düşük maliyet ve yüksek hareket kabiliyeti
sağlayabilmesidir. Bu özelliklerin hepsi bir arada kompozit malzemeler ile sağlanabilmektedir.
Literatürde zırh tasarımında en çok rastlanan kumaşlar Aramid, UHMWE, PBO, Cam Fiberler ve PPID
olmak üzere 5 gruba ayrılabilir. Tüm bu kumaş türleri incelendiğinde görülmektedir ki, tüm bu kumaşlar
yüksek mukavemet, düşük yoğunluk ve düşük maliyet gibi faydalar sağlarken çevresel faktörler ve ortam
koşullarına karşı hassasiyet göstermektedir. Bu hassasiyeti gidermek için literatürde çeşitli yüzey
işlemleri ve nano-parçacık ilavesi yöntemlerine başvurulmaktadır. Yüksek mukavemetli kumaşlar yapısal
geometrileri bakımından 3 gruba ayrılmaktadır. Bunlar düzlemsel plakalar, 2D kumaşlar ve 3D
kumaşlardır. Bu üç grup içinden en yüksek enerji sönümleme kapasitesine sahip olan grup 3D kumaş
geometrisine sahip kumaşlar olduğu görülmektedir. Yüksek mukavemetli fiberlerin darbe dayanımları ile
14
Aslantaş K., Yumak N.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
ilgili çalışmalar incelendiğinde yüksek mukavemetli kumaşların yapısal özellikleri sebebiyle darbeyi daha
geniş bir alana yayarak daha hızlı sönümlediği görülmektedir. Kompozit zırhlarını darbe dayanımlarını
belirleyen unsurlar ise, literatürde kullanılan malzeme cinsi, kumaş yapısı, mermi hız ve geometrisi,
sürtünme ve sınır koşullarıdır olarak incelenmiştir.
7. KAYNAKLAR
1.
Candan, C., 2005, “Zırh Teknolojilerindeki Gelişmeler”, Zırh Teknolojileri Semineri, Ankara,
Milli Savunma Bakanlığı Arge ve Teknoloji Daire Başkanlığı.
2.
Öztürk, M., E., Demir, A., 2011, “Bitirme Tezi, Kompozit Malzemelerin Balistik Davranışlarının
İncelenmesi,” Sakarya Üniversitesi, Sakarya.
3.
Özgültekin, S.E., 2012, “Balistik Zırhlarda Kullanılan Kompozit Malzeme Kombinasyonlarının
İncelenmesi”, Yüksek Lisans Bitirme Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstütüsü, Sakarya.
4.
Cantwell, W.J., Morton, J., 1991, “The İmpact Resistance Of Composite Materials A Review”,
Composites, 22, 347–362.
5.
Cavallaro, P.V., 2011, “Soft Body Armor: An Overview Of Materials, Manufacturing, Testing,
And Ballistic Impact Dynamics,” Naval Undersea Warfare Center Division Newport.
6.
Kirkwood, K., Kirkwood, J., Wetzel, E.D., Lee, Y.S., Wagner,N.J., 2004, “Yarn Pull-Out As A
Mechanism For Dissipating Ballistic İmpact Energy in Kevlar KM-2”, Fabric-Part I: Quasi-Static
Characterization Of Yarn Pull-Out, Text. Res. J., 74, 920.
7.
Demir, T., 2008, “Metal Ve Katmanlı Zırh Malzemelerin 7,62 mm’lik Zırh Delici Meriler
Karşısında Balistik Başarımlarının İncelenmesi,” Yüksek Lisans,
Tobb Ekonomi Ve Teknoloji
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
8.
Wall, J.W., 2002, “ An Investıgatıon Of The Ballıstıc Impact Resıstance Of Modıfıed 2x1, FourStep, Three-Dımensıonally Braıded Composıtes Wıth Axıal Reınforcement”, Master Of Science,Graduate
Faculty Of North Carolina State University, Carolina.
9.
F. Ko and A. Geshury, Textile Preforms for Composite Materials Processing, Advanced Materials
and Processes Information Analysis Center, AMPT-19, August 2002.
10.
Csukat, G.F., 2006, “A Study On The Ballistic Performance Of Composites”, Macromol
Symposia, 239, 217–226.
11.
Wang, H., Xie, H., Hu, Z., Wu, D., Chen,P., 2012, “The influence of UV radiation
and moisture on the mechanical properties and micro-structure of single Kevlar fibre using optical
methods”, Polymer Degradation and Stability,97, 1755-1761.
12.
Nilakantan, G., 2013, “Filament-Level Modeling Of Kevlar Km2yarns For Ballistic İmpact
Studies”, Composite Structures, 104, 1–13.
13.
Karahan, G., 2008, “Balistik Yapılarda Balistik Performansı Etkileyen Parametrelerin
İncelenmesi”, Tekstil Teknolojileri Dergisi, 3, 51-58.
14.
Iannucci, L., Pope, D., 2011, “High Velocity İmpact And Armour Design”, Express Polymer
Letters, 5, 262–272.
15.
Yang, H.H., Kevlar Aramid Fiber. John Wiley & Sons. 1993.
16.
Yang, D., 2011, “ Design, Performance And Fit Of Fabrics For Female Body Armour”, The
Degree Of Doctor Of Philosophy, Faculty Of Engineering And Physical Sciences.
17.
Bunsell , A.R., 1988, “Fibre Reinforcements For Composite Materials”, Elsevier Science
Publishers.
18.
DuPont Advanced Fiber Systems (aramid): http://www2.dupont.com/Kevlar.
19.
Chang, K.K., “Aramid Fibers”, Asm Handbook – Volume 21: Composites, Asm International,
2001.
15
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
Zırh Tasarımında Kullanılan Kompozit Malzemelerin…
20.
Alomari A., Aldajah S., Hayek S., Moustafa A.K., Haik,Y., 2013, “Experimental İnvestigation Of
The Low Speed İmpact Characteristics Of Nanocomposites,” Materials And Design 47, 836–841.
21.
Man-Wai Ho, Chun-Ki Lam, Kin-tak Lau, Dickon H.L. Ng, David Hui, 2006 “Mechanical
properties of epoxy-based composites using nanoclays,” Composite Structures 75,415–421.
22.
Derombise A.G., Lae Titia Vouyovitch Van Schoors A, Davies, P., 2009, “Degradation Of
Technora Aramid Fibres İn Alkaline And Neutral Environments,” Polymer Degradation And Stability
94,1615–1620.
23.
Mercier J.-P., Mare´ Chal E. Chimie Des Polyme` Res. Presses Polytechniques Et Universitaires
Romandes, Editor. 1993: 393–395.
24.
Liu, S., Wang,J.,Wang, Y., Wang, Y.,2010, “Improving The Ballistic Performance Of Ultra High
Molecular Weight Polyethylene Fiber Reinforced Composites Using Conch Particles,” Materials And
Design, 31,1711–1715.
25.
Deng, M., Latour, R.A., Ogale, A.A., Shalaby, S.W., 1997, “Study Of Creep Behavior Of UltraHigh-Molecular-Weight Polyethylene Systems”, Journal Biomed Mater Res.” 40(2), 214-23.
26.
Boussu, F., 2010, “The use of warp interlock fabric inside textile composite protection against
ballistic impact”, Textile Research Journal ,81(4), 344–354.
27.
Xiaoyan L., Weidong Y.,2005, “Evaluation Of The Tensile Properties And Thermal Stability Of
Ultrahigh-Molecular-Weight Polyethylene Fibers”, Journal Of Applied Polymer Science, 97, 310–315.
28.
Beckwith, S.W., 2009, “Composites Reinforcement Fibers: II - The Aramid And Polyethylene
Families”, Sampe Journal, 45, No. 6, November/December 2009.
29.
DMS,Dyneema(polyethylene): http://www.dsm.com/en_US/html/hpf/home_dyneema.htm
30.
Hongtao, L., Hongmin, J., Xuemei, W., 2013, “Tribological Properties Of Ultra-High Molecular
Weight Polyethylene At Ultra-Low Temperature”, Cryogenics, 58 1–4.
31.
Sreekanth, P.S.R., Kanagaraj, S., 2013, Restricting the ageing degradation of the mechanical
properties of gamma irradiated UHMWPE using MWCNTs, Journal of the mechanical behavior of
biomedical metarials, 21, 57-66.
32.
Wang Y., Cheng, R., Liang, L., Wang, Y., 2005,“Study On The Preparation And Characterization
Of Ultra High Molecular Weight Polyethylene–Carbon Nanotubes Composite Fiber”, Composite Science
Technoloji, 65, 793–7.
33.
Ruan, S., Gao, P., Yu, T., 2006 “ Ultra-Strong Gel-Spun Uhmwpe Fibers Reinforced Using
Multiwalled Carbon Nanotubes” Polymer 47,1604–11.
34.
Sikkema, D.J., Northolt, M.G., Pourdeyhimi, B., 2003, “Assessment Of New High-Performance
Fibers For Advanced Applications”, Mrs Bulletin, 28. 579-584.
35.
Beheraa B.K., Dasha, B.P., 2011, “An Experimental İnvestigation İnto Structure And Properties
Of 3D-Woven Aramid And PBO Fabrics”, The Journal Of The Textile Institute, 104, 1337–1344.
36.
Zhai, H., Euler, A., 2005, “Material Challenges For Lighter-Than-Air Systems İn High Altitude
Applications,” 5th Aıaa Aviation Technology, Integration And Operations Conference.
37.
O’neil, J.M., 2006,
“Factors Contributing To The Degradation Of Poly(P-Phenylene
Benzobisoxazole) (PBO) Fibers Under Elevated Temperature And Humidity Conditions,” Masters
Thesis, Texas A&M University.
38.
Seely, L., Zimmerman, M., Mclaughlin, J., 2004, “The Use Of Zylon Fibers İn Uldb Tendons,”
Advances İn Space Research, 33,10, 1736-1740.
39.
X. Hu And A.J. Lesser, Post-Treatment Of Poly-P-Phenylenebenzobisoxazole (Pbo) Fibers Using
Supercritical
Carbon
Dioxide,
University
Of
Massachusetts,
(Http://Www.Policeone.Com/Policeone/Data/İmages/Upload/Posttreatmentpbo.Pdf)
40.
Zhang, C., Huang, Y., Yuan,W., Zhang, J., 2011, “UV Aging Resistance Properties of PBO Fiber
Coated with Nano-ZnO Hybrid Sizing”, Journal of Applied Polymer Science, 120, 2468–2476.
41.
Chen, L., Hu, A.Z., Liua, A.,L., Huang, Y., 2013, “A Facile Method To Prepare Multifunctional
Pbo Fibers: Simultaneously Enhanced İnterfacial Properties And UV Resistance”, This Journal is The
Royal Society Of Chemistry 3, 24664–24670.
16
Aslantaş K., Yumak N.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
42.
Zhou C., Wang S., Zhang Y., Zhuang Q., Han Z.,2008, “ In Situ Preparation And Continuous
Fiber Spinning Of Poly(P-Phenylene Benzobisoxazole) Composites With Oligo-HydroxyamideFunctionalized Multi-Walled Carbon Nanotubes” Polymer, 49,2520–30.
43.
Chin, J., Forster, A., Clerici, C., Sung, L., Oudina, M., Rice, K., 2007, “Temperature and humidity
aging of poly( p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fibers: Chemical and physical characterization”,
Polymer Degradation and Stability, 92, 1234-1246.
44.
Ma¨der, A., Melcher, S., Liu, J.W., Gao, S.L., Bianchi, A.D., Zherlitsyn, S., Wosnitza, J., 2007,
“Adhesion of PBO fiber in epoxy composites”, Journal Material Science, 42, 8047–8052.
45.
Frederick T. Wallenberger, James C. Watson, Hong Li, Ppg Industries, Inc.,2001, 2001 Asm
International. All Rights Reserved. Asm Handbook, Vol. 21: Composites (#06781g)
46.
Walling, S.J., 1985, “S-2 Glass Fiber: Its Role İn Military Applications, International Conference
On Composite Materials”, Metallurgical Society Of Aıme, 443-456
47.
Lane, R.A., 2005, “High Performance Fibers For Personnel And Vehicle Armor Systems”,
Amptiac Quarterly, 5, 1-10.
48.
Shin, H., Erlich, D., Simons, J., Shockey, D., 2006, “ Cut Resistance Of High-Strength Yarns”,
Textile Research Journal, 76(8), 607–613.
49.
Tabiei, A., Nilakantan, G., 2008, “Ballistic Impact Of Dry Woven Fabric Composites: A
Review”, Applied Mechanics Reviews, 61, 010801-12.
50.
N. V. David, X.-L. Gao, J. Q. Zheng, 2009, “Ballistic Resistant Body Armor: Contemporary And
Prospective Materials And Related Protection Mechanisms”, Applied Mechanics Reviews, 62, 05080220.
51.
Roylance, D., 1980, “Stress Wave Propagation İn Fibers-Effects Of Cross Overs,” Fibre Science
Technoloji, 13,5, 385–395.
52.
Lin, L., Bhatnagar, A., 1992, “Ballistic energy absorpstion of composite-III”, 24th international
SAMPE technical conference, T291-T306.
53.
Segal, C., 1991, “High perfpormance organic fibers,fabrics and composite for soft and hard armor
application”, 23rd international SAMPE technical conference,651-660.
54.
Field, J. E., Sun, Q., 1990, “A High Speed Photographic Study Of Impact On Fibers And Woven
Fabrics,” Proceedings Of The 19th International Congress On High Speed Photography And Photonics,
Part 2, 703–712.
55.
Jovicic, J.M., 2003, “Numerical Modeling And Analysis Of Static And Ballistic Behavior Of
Multi-Layered/Multiphase Composite Materials Using Detailed Microstructural Discretization”, Drexel
University, Pennsylvania, 181.
56.
Zhang, A.D., Sun, Y.A., Chen L., Zhang, S., Pan, N., 2014, “Influence Of Fabric Structure And
Thickness On The Ballistic İmpact Behavior Of Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene Composite
Laminate”, Materials And Design, 54, 315–322.
57.
Wenfeng Shi A , Hong Hu B , Baozhong Sun A & Bohong Gu, Energy Absorption Of 3d
Orthogonal Woven Fabric Under Ballistic Penetration Of Hemispherical‐Cylindrical Projectile, The
Journal Of The Textile Institute Vol. 102, No. 10, October 2011, 875–889.
58.
Qian Zhang, Xiaomeng Fang, Xiaojuan Sun, Baozhong Sun, And Yiping Qiu,2014, Comparison
Of The Mechanical Properties Between 2d And 3d Orthogonal Woven Ramie Fiber Reinforced
Polypropylene Composites, Polymers & Polymer Composites, Vol. 22, No. 2, 2014.
59.
Behera, B.K., Dash, B.P., 2013, “ An experimental investigation into structure and properties of
3D-woven aramid and PBO fabrics”, The Journal of The Textile Institute, 104, No. 12, 1337–1344.
60.
Naik, N.K. , Doshi, A.V., 2008 “ Ballistic impact behaviour of thick composites: Parametric
studies”, Composite Structures, 82 ,447–464.
61.
C.T. Lim, V.B.C. Tan, C.H. Cheong,2002, “Perforation Of High-Strength Double-Ply Fabric
System By Varying Shaped Projectiles”, International Journal Of Impact Engineering, 27, 577–591.
62.
Tan, V.B.C., Lim, C.T., Cheong, C.H., 2003, “Perforation Of High-Strength Fabric By Projectiles
Of Different Geometry”, International Journal Of Impact Engineering 28, 207–222
17
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
Zırh Tasarımında Kullanılan Kompozit Malzemelerin…
63.
Ulven A.C., Vaidya U.K., Hosur, M.V., 2003, “Effect Of Projectile Shape During Ballistic
Perforation Of Vartm Carbon/Epoxy Composite Panels”, Composite Structures 61, 143–15.
64.
Babua, M.G., Velmurugana, R., Gupta, N.K., 2006, “Energy-Absorption Capability Of Thin
Laminates Subjected To Heavy-Mass Projectile İmpact Of Varying Nose Geometries”, International
Journal Of Crashworthiness ,13(3), 237–246.
65.
Jordan, J.B., Naito, C.J., 2014, “An Experimental İnvestigation Of The Effect Of Nose Shape On
Fragments Penetrating GFRP”, International Journal Of Impact Engineering, 63, 63-71.
66.
Nilakantan A, Eric D. Wetzel D, Travis A. Bogetti D, John W. Gillespie Jr., 2013, “A
Deterministic Finite Element Analysis Of The Effects Of Projectile Characteristics On The İmpact
Response Of Fully Clamped Flexible Woven Fabrics”, Composite Structures, 95, 191–201.
67.
Nilakantan, G., Gillespie J.W., 2012, “Balistic impact modelling of woven fabrics considering
yarn strength, friction, projectile impact location and fabric boundary conditon effect”, Composite
Structure, 94, 3624-3634.
68.
Choi, W.M., Kwon, T.S., Jung, H.S., Kim, J.S., 2012, “Influence of impact velocity on energy
absorption characteristics and friction coefficient of expansion tube”, International Journal of
Crashworthiness, 17(6), 621–629.
69.
Park, J.L., Chi, Y.S., Hahn, M.H., Kang, T.J. , 2012, “Kinetic Dissipation İn Ballistic Tests Of
Soft Body Armors”, Experimental Mechanics, 52,1239–1250.
70.
Karahana, M., Kus, A., Eren, R., 2008, “An İnvestigation İnto Ballistic Performance And Energy
Absorption Capabilities Of Woven Aramid Fabrics”, International Journal Of Impact Engineering 35,
499–510.
71.
Sabet, A., Fagih, N., Beheshty, M.H., 2011, “Effect of reinforcement type on high velocity impact
response of GRP plates using a sharp tip projectile”, International Journal of Impact Engineering, 38,
715-722.
72.
Ha-Minh, C., Boussu, F., Kanit, T., Crépin, D., Imad, A., 2012, “Effect Of Frictions On The
Ballistic Performance Of A 3d Warp Interlock Fabric: Numerical Analysis”, Appl Compos Mater, 19,
333–347.
73.
Duan, Y., Keefe, M., Bogetti, T.A., Cheeseman, B.A., 2005, “Modeling The Role Of Friction
During Ballistic İmpact Of A High-Strength Plain-Weave Fabric”, Composite Structures 68,331–337.
74.
Shim, V.P.W., Guo, Y.B., Tan, V.B.C., 2012, “Response Of Woven And Laminated HighStrength Fabric To Oblique İmpact”, International Journal Of Impact Engineering 48, 87-97.
75.
Iqbal, M.A., Diwakar, A., Rajput A., Gupta, N.K., ,2012, “Influence Of Projectile Shape And
İncidence Angle On The Ballistic Limit And Failure Mechanism Of Thick Steel Plates”, Theoretical And
Applied Fracture Mechanics 62, 40–53.
76.
Nilakantan, G., Nutt, S., 2014, “Effects Of Clamping Design On The Ballistic İmpact Response
Of Soft Body Armor”, Composite Structures 108, 137–150.
77.
Tran, P., Ngo, T., Yang, E.C., Mendis, P., Humphries, W., 2014, “Effects of architecture on
ballistic resistance of textile fabrics: Numerical study”, International Journal of Damage Mechanics,
23(3), 359–376.
78.
Hogg, P.J., Composites for Ballistic Applications, Journal of Composites Processing, CPA,
Bromsgrove U.K., March 2003,(http://www.composites-proc-assoc.co.uk/view.php?pid =24)
79.
Zheng, D., Binienda, W.K., Cheng, J., Straniszewoki, M., 2006, “Numerical Modelling Of
Friction Effects On The Ballistic İmpact Response Of Single-Ply Tri-Axial Braided Fabric”, 9th
İnternational LS-DYNA Users Conferance.
80.
Holmes, G. A., Snyder, C. R., Rıce, K., 2006, “Review Ballistic fibers: A review of the thermal, ultraviolet
and hydrolytic stability of the benzoxazole ring structure”, Journal Material Science, 41,4105–4116.
81.
Mitrevski, T., Marshall, I.H., Thomson, R., 2006, “The influence of impactor shape on the damage
to composite laminates”, Composite Structures, 76, 116-122.
82.
Johnson GR, Holmquist TJ. In: Meyers MA, Murrm LE, Staudhammer KP, editors. A
computational constitutive model for brittle materials subjected the large strains, high strain rates, and
high pressures. New York: Marcel Dekker Inc; 1992. p. 1075-81.
18
Aslantaş K., Yumak N.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-21
83.
Johnson GR, Holmquist TJ. An improved computational constitutive model for brittle materials.
In: High pressure Science and technology-1993. New York: American Institute of Physics; 1994. p. 9814.
84.
Daniel Bürger, Alfredo Rocha de Faria , Sérgio F.M. de Almeida, Francisco C.L. de Meloa,
Maurício V. Donadon 2012, “Ballistic impact simulation of an armour-piercing projectile on hybrid
ceramic/fiber reinforced composite armours”, International Journal of Impact Engineering 43, 63 -77.
85.
Johnson GR, Cook WH. A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high
strain rate and high temperature. In: Proceedings of the 7th international symposium on ballistics; 1983
[The Hague, The Netherlands].
86.
Holmquist, T.A., Templeton,W.D., Bishnoi, K.D., 2001, “Constitutive modeling of aluminum
nitride for large strain,high-strain rate, and high-pressure applications”, International Journal of Impact
Engineering 25, 211-231.
87.
Wang, Y., Yang, Z., 2008, “Finite element model of erosive wear on ductile and brittle materials”,
Wear, 265, 871–878.
88.
Tasdemirci, A., Hall, I.W., 2007, “Numerical and experimental studies of damage generation in
multi-layer composite materials at high strain rates”, International Journal of Impact Engineering ,34 ,
189–204.
89.
Krishnan, K., Sockalingam, S., Bansal, S., Rajan,S.D.,2010, “Numerical simulation of ceramic
composite armor subjected to ballistic impact”, Composites: Part B,41, 583–593.
90.
Quan, K., Clegg, R.A., Cowler, M.S., Birnbaum, N.K., Hayhurs, C.J., 2006, “Numerical
simulation of long rods impacting silicon carbide targets using JH-1 model”, International Journal of
Impact Engineering,33, 634–644.
91. Dorogoy, A., Rittel,D., “Technical note: Determination of the Johnson-Cook material parameters
using the SCS specimen” Mechanical Engineering Department, Technion – Israel Institute of Technology.
92. Damith, M., Muneeb, A., Tuan, N., Jinghan, L., Priyan, M., Dong, R., 2013, “out of plane impact
resistance of alüminium plates subjected to low velocity impact” materials and design, vol 50, pp 413426.
19
Download

İndir - Gıda Teknolojileri Elektronik Dergisi