بررسی تجربی نفوذ پرتابه با سرعت‌بالا در کامپوزیت ساخته‌شده از پارچه اینگرا

نوع مقاله : مکانیک ضربه

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 نویسنده مسئول: استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه امام حسین (ع)، تهران، ایران

چکیده

مقاومت در برابر نفوذ پرتابه با سرعت‌بالا یک نیاز کلیدی برای سازه‌ها با کارایی پیشرفته است. در این پژوهش به بررسی رفتار تجربی کامپوزیت ساخته‌شده از پارچه اینگرا تحت ضربه با سرعت‌بالا خواهیم پرداخت. نمونه‌ها به روش اینفیوژن خلأ با استفاده از پارچه اینگرا که یک پارچه بافته‌شده از جنس الیاف پلی‌پروپیلن با مدول بالا می‌باشد به‌عنوان تقویت‌کننده و اپوکسی به‌عنوان ماتریس ساخته‌شده و تحت آزمایش ضربه با سرعت‌بالا توسط تفنگ گازی قرار می‌گیرند. در مقاله حاضر عملکرد بالستیکی کامپوزیت‌های دو و چهارلایه تحت پرتابه با قطرهای مختلف 5 و 10 میلی‌متر بررسی‌شده و تأثیر قطر پرتابه و سابوت موردمطالعه قرار می‌گیرد. آزمایش‌ها برای کامپوزیت دو و چهار لایه در محدوده سرعت30 تا 160 متر بر ثانیه انجام‌شده است. همچنین سرعت پسماند پرتابه، سرعت حد بالستیک، مقدار جذب انرژی جهت سوراخ شدن کامپوزیت و میزان آسیب بررسی‌شده است. نتایج به‌دست‌آمده عملکرد بالستیکی مناسب کامپوزیت اینگرا-اپوکسی در مقایسه با کامپوزیتی نظیر کولار- اپوکسی را نشان می‌دهد. حد بالستیک با استفاده از آزمایش تجربی کامپوزیت دو لایه با پرتابه مخروطی نوک‌تیز به قطر 10 میلی‌متر 54 متر بر ثانیه و برای کامپوزیت چهار لایه با 52% افزایش برابر 82 متر بر ثانیه می‌باشد و میزان جذب انرژی برای کامپوزیت دولایه 33/27 ژول و کامپوزیت اینگرا اپوکسی چهار لایه با 78% افزایش 70/48 ژول می‌باشد.

تازه های تحقیق

  • سرعت حد بالستیک برای کامپوزیت اینگرا دو و چهار لایه با پرتابه مخروطی به قطر 10 میلی‌متر به ترتیب 54 و 82 متر برثانیه است.
  • میزان جذب انرژی با پرتابه مخروطی به جرم 1/15 گرم برای کامپوزیت اینگرا دو و چهار لایه به ترتیب 33/27 و 70/48 ژول می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of High Velocity Projectile Penetration into Innegra Fabric Composite

نویسندگان [English]

  • Saeed Shabani Nodehi 1
  • Sayyed Roohollah Kazemi 2
  • Mojtaba Ziya-Shamami 3
1 Ph.D. Student, Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Corresponding author: Assistant Professor, Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran
چکیده [English]

High velocity impact resistance is a key requirement for advanced performance structures. This study focuses on experimental investigation of composite behavior made of Innegra fabric under high velocity impact. The targets are made by vacuum infusion method using Innegra fabric, which is a woven fabric composed of high modulus polypropylene fibers as reinforcement and epoxy as matrix.  These samples are subjected to high velocity impact test performed by gas gun. In the present article, the ballistic performance of two- and four-layer composites impacted by conical projectiles with different diameters of 5 and 10 mm are investigated and the effect of the projectile diameter and sabot is studied. The experimental tests have been performed in the velocity range from 30 m/s to 160 m/s for two- and four-layers composites. Ballistic limit, energy absorption and damage pattern have been investigated. The results show the appropriate ballistic performance of Innegra/epoxy composite compared to other composites such as Kevlar/epoxy. The ballistic limit velocity base on experimental tests for two-layer Innegra/epoxy composite with a conical projectile is 54 m/s and for four-layer composite with 52% increase, is 82 m/s and the energy absorption for two-layer composite is 27.33 J and for four-layer composite with 78% increase is 48.70J.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Projectile penetration
  • Ballistic Limit
  • Innegra/Epoxy Woven Composite
  • Vacuum Infusion
  • Energy Absorption

Smiley face

مراجع

 
[1] Tabiei A, Ivanov I. Computational micro‐mechanical model of flexible woven fabric for finite element impact simulation. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2002;53(6):1259-76. DOI :10.1002/nme.321.
[2] Zhang G, Batra R, Zheng J. Effect of frame size, frame type, and clamping pressure on the ballistic performance of soft body armor. Composites Part B: Engineering. 2008;39(3):476-89. DOI :10.1016/j.compositesb.2007.04.002.
[3] Khodadadi A, Liaghat G, Bahramian AR, Ahmadi H, Anani Y, Asemani S, Razmkhah O. High velocity impact behavior of Kevlar/rubber and Kevlar/epoxy composites: a comparative study. Composite Structures. 2019;216:159-67. DOI :10.1016/j.compstruct.2019.02.080.
[4] Hasanzadeh M, Mottaghitalab V, Babaei H, Rezaei M. The influence of carbon nanotubes on quasi-static puncture resistance and yarn pull-out behavior of shear-thickening fluids (STFs) impregnated woven fabrics. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2016;88:263-71. DOI :10.1016/j.compositesa.2016.06.006.
[5] Liu T, Zhang X-t, He N-b, Jia G-h. Numerical material model for composite laminates in high-velocity impact simulation. Latin American Journal of Solids and Structures. 2017;14:1912-31. DOI :10.1590/1679-78253750.
[6] Khodadadi A, Liaghat GH, Akbari MA, Tahmasebi M. Numerical and experimental analysis of penetration into Kevlar fabrics and investigation of the effective factors on the ballistic performance. Modares Mechanical Engineering. 2014;13(12):124-33. DOR :20.1001.1.10275940.1392.13.12.15.9.
[7] Khodadadi A, Liaghat G, Ahmadi H, Bahramian A, Shahgholian GD, Anani Y, Samane AS. Experimental and numerical analysis of high velocity impact on Kevlar/Epoxy composite plates. Journal of Science and Technology of Composites. 2019;6(2):265-74. DOI :10.22068/jstc.2018.89643.1457.
[8] Bresciani LM, Manes A, Ruggiero A, Iannitti G, Giglio M. Experimental tests and numerical modelling of ballistic impacts against Kevlar 29 plain-woven fabrics with an epoxy matrix: Macro-homogeneous and Meso-heterogeneous approaches. Composites Part B: Engineering. 2016;88:114-30. DOI :10.1016/j.compositesb.2015.10.039.
[9] Zarei H, Shahnazar P, Meskini M, Sarkhosh R. Ballistic Performance Analysis of Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) Composite. Modares Mechanical Engineering. 2022;22(5):356-5. DOR :20.1001.1.10275940.1401.22.5.5.8.
[10] Wang H, Weerasinghe D, Hazell PJ, Mohotti D, Morozov EV, Escobedo-Diaz JP. Ballistic impact response of flexible and rigid UHMWPE textile composites: Experiments and simulations. Defence Technology. 2023;22:37-53. DOI :10.1016/j.dt.2022.08.009.
[11] Asemani SS, Liaghat GH, Ahmadi H, Anani Y, Khodadadi A. Experimental and Numerical Analysis of High Velocity Impact on 2-Layer kevlar/Elastomer Composite. Modares Mechanical Engineering. 2020;20(12):2733-45. DOR :20.1001.1.10275940.1399.20.12.14.7.
[12] Asemani SS, Liaghat G, Ahmadi H, Anani Y, Khodadadi A, Charandabi SC. The experimental and numerical analysis of the ballistic performance of elastomer matrix Kevlar composites. Polymer Testing. 2021;102:107311. DOI :10.1016/j.polymertesting.2021.107311.
[13] Hasanzadeh M, Mottaghitalab V, Rezaei M, Babaei H. Numerical and experimental investigations into the response of STF-treated fabric composites undergoing ballistic impact. Thin-Walled Structures. 2017;119:700-6. DOI :10.1016/j.tws.2017.07.020.
[14] Bhudolia SK, Gohel G, Subramanyam ESB, Leong KF, Gerard P. Enhanced impact energy absorption and failure characteristics of novel fully thermoplastic and hybrid composite bicycle helmet shells. Materials & Design. 2021;209:110003. DOI :10.1016/j.matdes.2021.110003.
[15] Rahmani K, Alitavoli M, Darvizeh A. Experimental Study on the effect of adding multi-walled carbon nanotubes on the ballistic limit of fibers metal laminates, Journal of Aerospace Mechanics. 2023;19 (4):27-39. DOR https://dorl.net/dor/20.1001.1.26455323.1402.19.4.3.4.
[16] Ebrahimi F, Habibi S. Nonlinear low-velocity impact response of CFRP enhanced with CNT in hygrothermal environments. Journal of Aerospace Mechanics. 2017;14:65-80. DOR https://dorl.net/dor/20.1001.1.26455323.1397.14.1.6.6.
[17] Mousavizadeh SA, Hosseini M, Hatami H, Kamalvand M. Studies on the effect of reinforcers types on flat and curved steel sheets’ performance under drop impact. Journal of Aerospace Mechanics. 2020 Dec 21;16(4):39-59. DOR https://dorl.net/dor/dor:20.1001.1.26455323.1399.16.4.4.4.
[18] Mousavizadeh SA, Hosseini M, Hatami H. Experimental and Numerical investigation on the plain and reinforced steel sheets under free fall impact. Iranian Journal of Mechanical Engineering. 2021; 23 (1): 64-84. DOI :10.30506/ijmep.2021.105627.1558.
[19] Mousavizadeh SA, Hosseini M, Hatami H. Experimental studies on energy absorption of curved steel sheets under impact loading and the effect of pendentive on the deformation of samples. Journal of Modeling in Engineering. 2021;18(63):27-40. DOI :10.22075/jme.2020.18501.1765.
[20] Ismail AS, Jawaid M, Naveen J. Void content, tensile, vibration and acoustic properties of kenaf/bamboo fiber reinforced epoxy hybrid composites. Materials. 2019;12(13):2094. DOI :10.3390/ma12132094.
[21] Zukas JA, Nicholas T, Swift HF, Greszczuk LB, Curran DR, Malvern L. Impact dynamics. Journal of Applied Mechanics. 1983;50(3):702.
[22] Safri S, Sultan M, Yidris N, Mustapha F. Low velocity and high velocity impact test on composite materials–a review. International Journal of Engineering and Science. 2014;3(9):50-60.
[23] Recht R, Ipson TW. Ballistic perforation dynamics. 1963.
[24] Li B, Kidane A, Ravichandran G, Ortiz M. Verification and validation of the Optimal Transportation Meshfree (OTM) simulation of terminal ballistics. International Journal of Impact Engineering. 2012;42:25-36. DOI :10.1016/j.ijimpeng.2011.11.003.
[25] Wei G, Zhang W, editors. Perforation of thin aluminum alloy plates by blunt projectiles: An experimental and numerical investigation. Journal of Physics: Conference Series; 2014: IOP Publishing. DOI :10.1088/1742-6596/500/11/112065.
[26] Senthil K, Iqbal MA, Arindam B, Mittal R, Gupta N. Ballistic resistance of 2024 aluminium plates against hemispherical, sphere and blunt nose projectiles. Thin-Walled Structures. 2018;126:94-105. DOI :10.1016/j.tws.2017.02.028.
 
مکانیک هوافضا
دوره 20، شماره 1 - شماره پیاپی 75
شماره پیاپی 75، فصلنامه بهار
فروردین 1403
صفحه 123-140

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 06 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری: 28 آبان 1402
  • تاریخ پذیرش: 28 آذر 1402
  • تاریخ انتشار: 27 فروردین 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار