Analysis of internal ballistic behavior
inside barrel with using Finite
Elements Method
Journal Name:
- Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi
Keywords (Original Language):
| Author Name | University of Author | Faculty of Author |
|---|---|---|
Abstract (2. Language):
The durability, as well as lightness, has an
important place in today’s defense industry
products. This is mostly related with the
choosing of light material and optimum
dimensions. In this sense, to acquire dimensions
safely, gun design and the analysis of the system
are both part of the indispensable process steps.
In this study M101’s gun barrel is lightened
from 270 kgs to 115.95 kgs with 1.25 safety
factor whose length and interior diameter are
certain. During the lightening the aim is to
calculate and optimize barrel thickness through
the barrel axis with the pressures values after
the explosion, which is hard to solve by
analytical methods. As the barrel cannot be
distinguished from the system it belongs, the
weapon system is explained with sub systems. In
addition, the fundamental equations of interior
ballistics are mentioned, ammunition and gun
systems are classified, the term of
“optimization” is explained and analyzing steps
of the methods and assumptions are followed
and given. In this sense, pressure values of
selected munition are obtained with the
“Prodas” programme. The barrel was
designed by “Catia” which is a 3D design
programme and the model was transferred to
the “Ansys Workbench” finite element software.
The model here is solved and critical locations
in the distribution of stresses are determined.
According to these high stress values, barrel
thickness is optimized with safety factor and
contribution of Autofrettage Process. During
the analysis, the obtained pressure values are
evaluated and studied algorithms to input these
values in to the model correctly. Finally, a
system is created that could represent a real
explosion situation. Ballistic values re-analyzed
with Vallier-Heydenreich method and stress
values are re-analyzed with using Lame
Equations. Then the results are compared with
each other and discussed about the reasons of
differences. In this way, an approach is
developed to lead academic studies which are
about the optimization of barrel thickness in the
systems whose barrel material, caliber, length
and ammunition parameters are certain.
Bookmark/Search this post with
Abstract (Original Language):
Günümüz savunma sanayi ürünlerinde dayanıklılığın yanı sıra hafiflik de son derece önem taşımaktadır. Bu
daha hafif bir malzeme seçimiyle ilgili olduğu kadar optimum boyutlarla da ilgilidir. Optimum boyutları elde
edebilmek için silah tasarımı ve sonrasında sistemin analizi vazgeçilmez aşamadır. Bu çalışmada uzunluğu
ve iç çap değeri bilinen M101 top namlusu 1.25 emniyet katsayısı ile 270 kilogramdan 115.95 kilograma
hafifletilmiştir. Hafifleştirme sırasında analitik yöntemlerle çözümlenmesi oldukça zor olan namlu cidar
kalınlığının patlama sonucu oluşan basınç değerleriyle eksen boyunca hesaplanması ve optimizasyonu
hedeflenmiştir. Namlu ait olduğu sistemden ayrılamayacağı için silah sistemi alt sistemleriyle anlatılmıştır.
Ayrıca iç balistik temel denklemlerine değinilmiş, optimizasyon kavramı açıklanmış, analiz adımlarında
izlenen metot ve kabuller verilmiştir. Seçilen mühimmata ait basınç değerleri Prodas programıyla elde
edilmiştir. Namlu tasarımı 3 boyutlu tasarım programı olan Catia’da yapılmış ve sonlu elemanlar paket
programı AnsysWorkbench’e aktarılmıştır. Model burada çözümlenerek gerilme dağılımında kritik noktalar
belirlenmiştir. Bu yüksek gerilme değerlerine göre namlu cidar kalınlığı, emniyet faktörü ve otofretaj etkisi
hesaba katılarak optimize edilmiştir. Çözüm yapılırken elde edilen basınçlar değerlendirilmiş, modele bu
basınç değerlerinin doğru verilebilmesi için gerçek patlama olayını temsil edebilecek bir sistem
oluşturulmuştur. Balistik değerler Vallier-Heydenreich yöntemiyle, gerilme değerleri ise Lame denklemiyle
tekrar analiz edilmiş, sonuçlar karşılaştırılmış ve oluşan farkların sebepleri tartışılmıştır. Bu çalışmayla,
namlu malzemesi, kalibresi, uzunluğu ile mühimmata ait parametreleri belli olan sistemlerin namlu cidarı
optimizasyonuna yönelik akademik çalışmalara yol gösterici bir yaklaşım geliştirilmiştir.
- 3