بررسی نفوذ و ترکش‌زایی پرتابه پله با استفاده از روش‌های انبساط دینامیکی حفره کروی و موج شوک

نوع مقاله : مکانیک ضربه

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

2 نویسنده مسئول: دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

4 استاد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه امام حسین (ع)، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، با استفاده از روش‌های تحلیلی، عددی و تجربی محدوده ضخامت حد بالستیک و ترکش‌زایی در پشت هدف فلزی برای پرتابه پله (نفوذ ارتقاءیافته با اثر جانبی) موردبررسی قرارگرفته است. پرتابه پله متشکل از دو قسمت پوسته سخت با چگالی بالا و مغزه نرم با چگالی کم می­باشد. مغزه نرم داخل پوسته سخت فشرده‌شده و هنگام برخورد، پوسته سخت در هدف نفوذ می­کند. برای تحلیل نفوذ و ترکش‌زایی این پرتابه مدل‌های محدودی وجود دارد و محققین کمی به این موضوع پرداخته­اند. با توجه به تأثیر مشخصات هدف (ضخامت و جنس) در میزان ترکش‌زایی و عدم در نظر گرفتن این پارامترها در مدل‌های ارائه‌شده تاکنون، ایجاد ارتباط مابین پارامترهای اصلی (هدف، سرعت برخورد و پرتابه)، با استفاده از دو نظریه شوک و انبساط دینامیکی حفره کروی و ترکیب آن­ها با مدل ترکش‌زایی در این مقاله بررسی‌شده است. به‌طور موازی آزمایش‌های تجربی برخورد پرتابه پله به هدف فلزی (تفنگ گازی– استخراج ضخامت حد بالستیک) و همچنین شبیه‌سازی سه­بعدی اجزاء محدود (نرم‌افزار اتو داین-استخراج تعداد ترکش) در محدوده سرعت برخورد 312-780 متر بر ثانیه انجام‌شده است. با توجه به نتایج مناسب روش موج شوک در مقایسه با نتایج انبساط دینامیکی حفره کروی (اختلاف کمتر در مقایسه با نتایج تجربی و شبیه­سازی) محدوده عملکرد بالستیک نهایی (تعداد ترکش برحسب ضخامت هدف و سرعت برخورد) از این روش برای دامنه سرعت­های برخورد 100 تا 1000 متر بر ثانیه استخراج گردید.

تازه های تحقیق

  • بررسی تئوری موج شوک و تحلیل سرعت باقیمانده و ضخامت حد بالستیک و ترکش‌زایی
  • بررسی روش انبساط دینامیکی حفره کروی و تحلیل سرعت باقیمانده و ضخامت حد بالستیک و ترکش‌زایی
  • استخراج دامنه عملکرد پرتابه پله

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigating the Penetration and Fragmentation of the PELE Projectile using the Methods of Dynamic Expansion of the Spherical Cavity and the Shock Wave

نویسندگان [English]

  • Amir Bakhtiari 1
  • Mohammad Morad Sheikhi 2
  • Nasrollah Bani Mostafa Arab 3
  • Hossein Khodarahmi 4
1 M.Sc, Faculty of Mechanical Engineering, University of Shahid Rajaee Teacher Training, Tehran, Iran
2 Corresponding author: Associate Professor, Faculty of Mechanical Engineering, University of Shahid Rajaee Teacher Training, Tehran, Iran
3 Professor, Faculty of Mechanical Engineering, University of Shahid Rajaee Teacher Training, Tehran, Iran
4 Professor, Faculty of Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, using analytical, numerical and experimental methods, the range of ballistic limit thickness and fragmentation behind the metal target for the PELE projectile has been investigated. PELE projectile consists of two parts: hard shell with high density and soft core with low density. The soft core is compressed inside the hard shell and upon impact, the hard shell penetrates the target. There are limited models to analyze the penetration and fragmentation of this projectile, and few researchers have addressed this issue. Considering the effect of target characteristics (thickness and material) on the rate of fragmentation and the failure to consider these parameters in the models presented so far, establishing a relationship between the main parameters (target, impact velocity and projectile), using two shock theories and the dynamic expansion of the spherical cavity and their combination with the cracking model have been investigated in this article. In parallel, the experimental tests of the impact of the PELE projectile on the metal target (gas gun - extraction of ballistic limit thickness) and also 3D simulation of finite elements (Auto Dyna software - extraction of shrapnel number) have been carried out in the impact velocity range of 312-780 m/s. According to the appropriate results of the shock wave method compared to the results of the dynamic expansion of the spherical cavity (smaller difference compared to the experimental and simulation results), the final ballistic performance range (the number of shrapnel according to the target thickness and impact velocity) of this method for the velocity range impact rates of 100 to 1000 meters per second were extracted.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ballistic limit thickness
  • PELE
  • Shock model
  • Dynamic spherical cavity expansion

مراجع

[1] Paulus G, Schirm V. Impact behaviour of PELE projectiles perforating thin target plates. International Journal of Impact Engineering. 2006;33(1-12):566-79. DOI :10.1016/j.ijimpeng.2006.09.026.
[2] Kesberg G, Schirm V, Kerk S, editors. PELE: The future ammunition concept. Proceedings of the 21st International Symposium on Ballistics (ISB’21), Adelaide, Australia; 2004.
[3] Bakhtiari A, Sheikhi MM, Arab NBM, Khodarahmi H. Studying the ballistic performance of a metal target under combined KE projectile impact. Physica Scripta. 2023;98(9):095207. DOI :10.1088/1402-4896/ace8cb.
[4] Zhang HC, Yin JP, Wang ZJ. Influence of Jacket and Filling Materials Characteristics on PELE Effects. Applied Mechanics and Materials. 2012;217:358-61. DOI :10.4028/www.scientific.net/AMM.217-219.358.
[5] Zhu JS, Fan Z, Gao B. Influences of material parameters on terminal effect of PELE with tungsten fiber composite jacket. Advanced Materials Research. 2014;936:1927-32. DOI :10.4028/www.scientific.net/AMR.936.1927.
[6] Zhou J, Ran X, Tang W, Zhang K, Wang H, Chen P, Ding L. Research on the Penetration Characteristics of PELE Projectile with Reactive Inner Core. Polymers. 2023;15(3):617. DOI :10.3390/polym15030617.
[7] Qi Y, Jiang C, Wang Z, Hu R, Xu W, Mao L, editors. Numerical study on damage effects of segmented reactive-core penetrator impacting double-layer steel targets. Journal of Physics: Conference Series; 2023: IOP Publishing. DOI :10.1088/1742-6596/2478/6/062034.
[8] Jianping Y, Yakun L, Zhijun W, Xuepeng Z, Jianzhong Z, Yana Z. Formation and penetration of PELE/EFP multi-mode warhead based on double-layer shaped charge. Journal of Energetic Materials. 2023;41(1):4-26. DOI :10.1080/07370652.2021.1902615.
[9] Zhang J, Wang H, Zheng Y, Chen P, Ge C, Yu Q. Lateral enhancement effect of reactive PELE: Two-step segmented simulation and analytical modeling. Thin-Walled Structures. 2023;192:111204. DOI :10.1016/j.tws.2023.111204.
[10] Guo Z. Rate-Dependent Dynamic Cylindrical Cavity Expansion Equations for Conical-and Ogival-Nosed Projectiles. Journal of Dynamic Behavior of Materials. 2022;8(4):437-42. DOI :10.1007/s40870-022-00349-4.
[11] Forrestal MJ, Warren TL. Penetration equations for ogive-nose rods into aluminum targets. International Journal of Impact Engineering. 2008;35(8):727-30. DOI :10.1016/j.ijimpeng.2007.11.002.
[12] Afdhal A, Gunawan L, Santosa SP, Putra IS, Huh H. Measurement of mechanical properties of St 37 material at high strain rates using a split Hopkinson pressure bar. Applied Mechanics and Materials. 2014;660:562-6. DOI :10.4028/www.scientific.net/AMM.660.562.
[13] Bacon JB, Allen AR, Ferrer JM, Opiela JN, Ward MA, editors. X-ray Imagery as the Record of All Data of Interest in Hypervelocity Impact Fragment Studies. 8th European Conference on Space Debris; 2021.
[14] Fan Z, Ran X, Tang W, Ke Y, Li Z. The model to calculate the radial velocities of fragments after PELE penetrator perforating a thin plate. International Journal of Impact Engineering. 2016;95:12-6. DOI :10.1016/j.ijimpeng.2016.04.011.
[15] Ding L, Zhou J, Tang W, Ran X, Cheng Y. Damage characteristics of PELE projectile with gradient density inner core material. Materials. 2018;11(12):2389. DOI :10.3390/ma11122389.
[16] Lei MA, Wang Hf, Yu Qb, Zheng Yf. Fragmentation behavior of large-caliber PELE impacting RHA plate at low velocity. Defence Technology. 2019;15(6):912-22. DOI :10.1016/j.dt.2019.04.004.
 
مکانیک هوافضا
دوره 20، شماره 2 - شماره پیاپی 76
شماره پیاپی 76، فصلنامه تابستان
تیر 1403
صفحه 1-15

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 19 شهریور 1402
  • تاریخ بازنگری: 28 شهریور 1402
  • تاریخ پذیرش: 11 آذر 1402
  • تاریخ انتشار: 01 تیر 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار