بررسی عددی اثر سیال سخت شونده برشی با فرضیه اصطکاکی، در برخورد بالستیک پرتابه به پارچه ساخته شده از الیاف کولار29

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد نور، نور، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

چکیده

اثر سیال سخت شونده برشی بعنوان عامل افزاینده اتلاف انرژی اصطکاکی الیاف کولار، از اصلی ترین عوامل کاهش نفوذ پذیری در برخوردهای بالستیک، درک مناسبی از مکانیزم اتلاف انرژی را فراهم می آورد. در این مطالعه تاثیر سیال بر کاهش نفوذ پذیری الیاف، از طریق افزایش اتلافات انرژی ناشی از اصطکاک بین الیاف، و بین جسم هدف و پرتابه با استفاده از نرم افزار ANSYS شبیه سازی گردید. پرتابه با سرعت 350 متربرثانیه به هدف برخورد داده شد. سرعت خروجی پرتابه از الیاف کولار 88/341 و از الیاف آغشته به سیال سخت شونده برشی 43/306 متر بر ثانیه گردید. نتایج مدل با نمونه آزمایشگاهی مقایسه و حد بالستیک الیاف کولار در حضور سیال و بدون حضور سیال مقایسه شد. براساس نتایج بدست آمده تاثیر سیال بر کاهش نفوذ پذیری الیاف کولار از طریق افزایش اصطکاک می باشد. همچنین افزایش ضریب اصطکاک بیشتر از 3 تاثیر چندانی در کاهش نفوذ پذیری ندارد، بگونه ای که ضریب اصطکاک 3 موجب افزایش 172% حد بالستیک گردید اما با افزایش به عدد 5، حد بالستیک 187% افزایش یافت که افزایش قابل ملاحظه نمی باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]            Naik N. K., and Shrirao P., Composite structures under ballistic impact, Composite Structures, Vol. 55, PP 579_590, 2006.
[2]            Naik N. K., Shrirao P. and Redd B., Ballistic Impact Behavior of Woven Fabric Composites Parametric Studies, Materials Science and Engineering, vol.78, PP 104_116, 2005.
[3]           Egres R. G., Kirkwood K. M., Kirkwood J. E. and Wagner N. J., Advanced Body Armor Utilizing Shear Thickening Fluids, In 23rd Army Science Conference, Orlando, United States of America,  3 December 2002.
[4]            Van Der Werff H., Modeling of ballistic impact on fiber composite, S.L. MSH Science, Vol.2, PP 1045-1055, 2011.  
 [5]           Duana Y., Keefeb M., Bogettic T. A. and Cheesemanc B.A., Modeling friction effects on the ballistic impact behavior of a single-ply high-strength fabric, Impact Engineering, Vol. 42, PP 996_1012, 2005.
[6]            Tarig A., Vijay H., Rangari K. and Jeelani S., Synthesis processing and characterization of shear thickening fluid (STF) impregnated fabric composites ,Materials Science and Engineering Vol. 41, PP 76_84,  2010.
 [7]          Kordani N. and Vanini A. S., Different method to make laminates by shear thickening fluid, Science Engineering Composite Material, Vol. 45, PP 97_106, 2013.
[8]           Kordani N. and Vanini A. S., Optimizing the ethanol content of shear thickening fluid fabric composites under Impact loading, Impact Engineering, Vol.78, PP 45_55, 2013.
[9]            Lau A. and Hui D., The revolutionary creation of new advanced materials carbon nanotube composites‏, Composites Engineering, Volume 33, PP 263_277,  2002.
 [10]         Brown J. R. and Ennis B. C., Thermal Analysis of Nomex and Kevlar Fibers,‏ Textile Research, vol. 47, PP 62_66, 1977.
[11]          Johnson M. V. and Segalman J., A model for viscoelastic fluid behavior which allows non-affine deformation, Non-Newtonian Fluid Mechanics, Volume 3, PP 255–270,  1977.
[12]          Horsfall I., Bishop W. and Cowan D., the Effect of Ceramic Type on The Performance Of Ceramic- Faced Metallic Armor, Battlefield Technology, Vol. 6, PP 234_246, 2003.
[13]         Cox R. G., The deformation of a drop in a general time-dependent fluid flow, Fluid Mechanics, Volume 37, pp 601- 623, 2006.
[14]          Galindo-Rosales, Francisco J., Hernández R, Francisco J., Velázquez N. and José F., Shear-thickening behavior of Aerosol R816 nanoparticles suspensions in polar organic liquids Rheological, Journal of Impact Engineering, Vol.89, PP 699_708, 2009.
[15]          Nairn A. J., Matrix Micro cracking in Composites, Polymer Matrix Composites, Vol. 13, PP 189_201, 2000.
[16]          Galindo F. J., Rosalesa F. J., Hernandez R. and Sevilla R., An apparent viscosity function for shear thickening fluid, Non-Newtonian Fluid Mechanic, Vol.53, PP 321_325, 2011.
[17]          Youngs L., Wetzel D. L. and Wagner N. J., The Ballistic Impact Characteristics of Kevlar woven Fabrics Impregnated with a Colloidal Shear Thickening Fluid, Materials Science, Vol.88, PP 38_49, 2003.   
 [18]         Rao M.P., Duan Y., Keefe M., Powers B. and Bogett T., Modeling the effects of yarn material properties and frictional the ballistic impact of a plain-weave fabric Composite Structures,   Impact Engineering, Vol.76, PP 701_715, 2001.    
 [19]         Masta M. R. O., Deshpande V. S., and Wadley H. N. G., Mechanisms of Projectile Penetration in Dynamo Encapsulated Aluminum Structures, International Journal of Impact Engineering, Vol. 47, PP 16_35, 2014.
[20]          Rao M., Nilakantan G. and Keefe B. M., and Bogetti T. A., Global/Local Modeling of Ballistic Impact onto Woven Fabrics, Composite Materials, Vol. 96, PP 430_ 445, 2009.
[21]          Mouritz A. P., Ballistic Impact and Explosive Blast Resistance of Stitched Composites, Composites Engineering, Vol. 32, PP 431_439, 2001.
[22]          Eric D., Wetzel Y. S., Egres R. G., Kirkwood K. M. and Wagner N. J., the Effect of Rheological Parameters on the Ballistic Properties of Shear Thickening Fluid (STF)–Kevlar Composites, Uniforms, Vol. 66, PP13-27, 2004.
[23]          Jonathan J., Stickel A. and Powell R., Fluid Mechanics and Rheology of Dense Suspensions, biomechanics, Vol. 37, PP 129_149, 2005.
 [24]         Weinbaum S., Cowin S. C. and Zeng Y., A Model for the Excitation of Osteocytes by Mechanical Loading-Induced Bone Fluid Shear Stresses, Biomechanics, Vol.25, PP 21_35, 1998.  
 [25]         Lee Y., Wetzel Y. S. and Wagner N. J., The Ballistic Impact Characteristics of Kevlar® Woven Fabrics Impregnated with a Colloidal Shear Thickening Fluid, Materials Science, ‏ Vol. 38, PP 2825_2833, 2003.
[26]          Cross M., Rheology of non-Newtonian fluids: A new flow equation for pseudo plastic systems, Colloid Science, Vol. 20,   PP 417-437, 2001.