تحلیل تئوری و عددی نفوذ پرتابه در ورق های کامپوزیتی الاستومری تقویت شده با پارچه کولار

یکی از کاربرد های اخیر مواد کامپوزیتی استفاده آن در زره های شخصی و در صنایع نظامی است، زره های شخصی ضمن نیاز به مقاومت در برابر ضربه باید برای انطباق با شکل بدن انعطاف پذیر باشند و لذا به همین علت، از پارچه های بافته شده و بدون ماتریس ساخته می¬شوند. از سوی دیگر، اجزای ساختار کامپوزیت که برای حمل و جذب انرژی ضربه، طراحی می شوند نیاز به استفاده از یک ماتریس برای ساخت آنها ضروری است. زره-های ضدگلوله که یکی از این ساختارهای کامپوزیتی می باشد، بايستي در عین سبک بودن، محافظت بالستيکي بالا دارای انعطاف پذيری و ظرفیت جذب انرژی بالايي نیز باشند. از طرف دیگر بدلیل اهمیت بارگذاری گسترده، پارچه‌هاي بالستيکي بر پايه الياف پليمري با مقاومت بالا از جمله کولار، که از مواد پيشرو در اين زمينه مي‌باشد، می تواند مورد استفاده قرار گیرد. در اين پژوهش برای افزايش مقاومت، از پارچه کولار همراه با ماتریس الاستومری استفاده شد. اين کامپوزيت به سبب حفظ خاصیت انعطاف پذيری و بهبود قابل توجه خواص فیزيکي و مکانیکي توجه بسیاری به خود جلب نموده است. لذا مطالعه رفتار کامپوزيت الاستومری تقویت شده با پارچه کولار در برابر نفوذ و ضربه، هدف اصلي اين پژوهش است. با توجه به خواص دمپینگ بالای الاستومرها، تقويت آن با پارچه کولار قابلیت جذب انرژی از پرتابه را به نحو چشمگیری بالا برد. به منظور بررسی اين موضوع، در اين پژوهش رفتار کامپوزيت¬های الاستومری در برابر نفوذ و ضربه به صورت تحلیلی و عددی بررسی گردید. مقاومت به ضربه پارچه بدون ماتریس با مقاومت به ضربه رفتار کامپوزيت پارچه کولار و ماتریس الاستومر مقايسه شده و تأثیر حضور الاستومر به عنوان ماتريس ارزيابي شد. با در دست داشتن داده های حاصل از آزمون¬های تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی روی کامپوزیت الاستومری و آزمایش¬های بالستیک که با استفاده از دستگاه تفنگ گازی همزمان با کار (لیاقت و خدادادی) تهیه شده است. مودهای تخریب و مکانیزم¬های جذب انرژی حاکم بر ضربه سرعت بالا برروی کامپوزیت الاستومری به دست آمده و از مقادیر تجربی سرعت حد بالستیک پنل ها، برای بدست آوردن معادله انرژی حاکم بر کامپوزیت¬های الاستومری استفاده شد. در ادامه، تعریف مناسب تابع انرژی بر اساس روابط هایپر الاستیسیته، مدل ماده کامپوزیت تعیین گردید. جنس و نوع پرتابه و همچنین ضخامت و جرم کامپوزیت بر اساس آزمایش‌های تجربی مدل‌سازی شد و تحلیل تئوری ضربه پرتابه بر روی کامپوزیت الاستومری براساس عملکرد بالستیک انجام پذیرفت. الگوهای تغییر فرم، مودهای تخریب و مکانیزم¬های جذب انرژی زیر بر مبنای مشاهدات صورت گرفته از آزمایش های قبلی به صورت زیر فرض شده است: - سرعت نفوذ پرتابه در هدف - کشیدگی، خمش و تغییر فرم کوپلینگ هدف - لایه لایه شدگی – شکست کششی کامپوزيت الاستومری/ کولار در مرحله بعد، بر مبنای مودهای تخریب و مکانیزم¬های جذب انرژی بالا، یک مدل تحلیلی برای پدیده نفوذ سرعت بالا با استفاده از روش موازنه انرژی پیشنهاد گردید. تابع انرژی کرنشی مربوط کامپوزیت الاستومری استخراج شد. به علاوه در مدل تحلیلی، اثر وابستگی خواص مکانیکی کامپوزیت الاستومری به نرخ کرنش، در نظر گرفته شد. معادله دیفرانیسل غیر خطی حرکت به دست آمده، با درنظرگیری وقوع تخریب¬های موضعی و انرژی های جذب شده مربوطه مورد حل قرار گرفت. با مقایسه پاسخ تحلیلی و نتایج تجربی، می¬توان اظهار داشت که روش تحلیلی پیشنهادی، می¬تواند به خوبی فرایند نفوذ در کامپوزیت¬های الاستومری را مدل نماید. در ادامه، با استفاده از روابط تحلیلی به دست آمده، اثر ضخامت روی سرعت حد بالستیک و ظرفیت جذب انرژی پنل¬های کامپوزیت¬های الاستومری مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین، تحلیل ضربه پرتابه بر روی کامپوزیت الاستومری در نرم‌افزار المان محدود با استفاده از نوع سابروتین VUMAT (پیوست 1) انجام پذیرفت. در نهایت نتایج تحلیلی تئوری و عددی با نتایج تجربی موجود در مطالعات پیشین با یکدیگر مقایسه می شوند و میزان صحت نتایج به دست آمده تحقیق خواهد شد.