بررسی تاثیر امپدانس و ضخامت لایه‌های متفاوت بر خیز لایه هدف در سیستم‌های زرهی لایه‌بندی شده تحت بارگذاری انفجاری با استفاده از روش تحلیل عددی

سازه­های چند لایه به طور گسترده با هدف ایجاد ساختاری مقاوم در برابر بارگذاری دینامیک مورد استفاده قرار گرفته­اند. رفتار سازه­های چند لایه در نرخ کرنش بالا و تاثیر آن­ها بر میرایی موج شوک و خیز لایه هدف مواردی هستند که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته­اند. اثر ضخامت لایه­های سرامیکی، آلومینیومی و فولادی بر خیز لایه هدف، به صورت عددی، مورد تحقیق قرار گرفته و مدل ریاضی برای خیز لایه هدف ارائه شده است. برای شبیه سازی عددی از نرم افزار ls-dyna بهره گرفته و از مدل­های مادی جانسون-هولمکوئیست و جانسون-کوک به ترتیب برای مدلسازی سرامیک و فلز استفاده شده است. سازه­های ترکیبی دو لایه و سه لایه با ثابت نگه­داشتن ضخامت کل قسمت لایه بندی شده، شبیه سازی گردیده و تاثیر آن­ها بر میزان خیز لایه هدف مطالعه شده است. با توجه به مهم بودن فاکتور وزن در ایجاد یک سازه زرهی، برای مقایسه بهتر سازه­های چند لایه از نسبت سفتی به وزن استفاده شده و مقایسه بین این موارد صورت پذیرفته است. نتایج نشان می­دهد که استفاده از دو لایه سرامیک در اطراف لایه فلزی باعث افزایش نسبت سفتی به وزن سازه شده و در نتیجه کارایی سیستم زرهی را افزایش می­دهد. در نهایت، با توجه به نتایج مراحل قبل سیستم چهار لایه متشکل از ترکیب سرامیک و فلز پیشنهاد شده است که علاوه بر داشتن کارایی بهتر در کاهش خیز لایه هدف، وزن کمتری را نیز دارد. در این سیستم از الگوی کاهشی امپدانس در لایه­ها استفاده شده که تاثیر مثبتی بر کارایی سازه زرهی داشته است.

A numerical analysis on effect of impedance and thickness of various layers on deflection of target plate in layered armor systems under explosive loading

Multi layer structures have been widely used for producing resistant structures under dynamic loads. In this article, behavior of multi layer structures at high strain rates, their effect on the shock wave attenuation and deflection of target layer are investigated. The effect of the thickness of SiC, Al6061 and RHA steel on deflection of target layer was investigated numerically and mathematical modeling was applied for target layer deflection. LS DYNA software was used for simulation. The Johnson Cook and Johnson Holmquist material models were used for modeling of ceramics and metals, respectively. Two layer and three layer composite structures with a constant total thickness of layered system were simulated and their impact on the target layer deflection were studied. Due to the importance of weight factor in creation of a multi layer armor, for better comparison of multi layer structures, the stiffness to weight ratio was used. The results show that using two ceramic layers around metal layer increases the stiffness to weight ratio of the structure and improves armored system performance. Consequently, a four layer system consisting of a combination of ceramics and metals was suggested which has a less weight and better performance. In this system, a reduction pattern for acoustic impedance is used which has positive impact on the performance of armored structure.