본 논문의 목적은 수직 또는 경사각에 대한 분절형 관통자의 관통특성을 규명하는 것이다. 분절형 관통자의 기하형상비(L/D)는 각 1.0, 0.5, 0.25 이다. 적용된 충격속도와 경사각도는 각 1.5, 2.0, 2.5 km/s 그리고 $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ 이다. AUTODYN-3D code 가 분절형 관통자의 관통성능을 연구하기 위해 사용되었다. 결과는 강판에 대한 분절형 관통자의 관통성능이 해당 연속적 관통자보다 분명하게 높은 특성을 나타냈다. 2.0 km/s 의 충격 속도와 L/D 가 1 일 때, 분절형 관통자의 뛰어난 관통성능을 관찰 할 수 있다. 이 경우 분절형 관통자의 관통성능은 해당 연속적인 관통자보다 7 % 높았다. 이러한 경향은 표적체와 발사체 사이의 상호작용 때문이다. 상호작용의 정도는 표적체와 발사체의 상대속도와 입사각도, 분절형 관통자의 개수에 의존하고 있다. 따라서, 분절형 관통자의 관통 성능은 충격속도의 증가, 관통자의 개수 및 관통길이를 통해서 높일 수 있음이 확인되었다.
본 논문의 목적은 수직 또는 경사각에 대한 분절형 관통자의 관통특성을 규명하는 것이다. 분절형 관통자의 기하형상비(L/D)는 각 1.0, 0.5, 0.25 이다. 적용된 충격속도와 경사각도는 각 1.5, 2.0, 2.5 km/s 그리고 $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ 이다. AUTODYN-3D code 가 분절형 관통자의 관통성능을 연구하기 위해 사용되었다. 결과는 강판에 대한 분절형 관통자의 관통성능이 해당 연속적 관통자보다 분명하게 높은 특성을 나타냈다. 2.0 km/s 의 충격 속도와 L/D 가 1 일 때, 분절형 관통자의 뛰어난 관통성능을 관찰 할 수 있다. 이 경우 분절형 관통자의 관통성능은 해당 연속적인 관통자보다 7 % 높았다. 이러한 경향은 표적체와 발사체 사이의 상호작용 때문이다. 상호작용의 정도는 표적체와 발사체의 상대속도와 입사각도, 분절형 관통자의 개수에 의존하고 있다. 따라서, 분절형 관통자의 관통 성능은 충격속도의 증가, 관통자의 개수 및 관통길이를 통해서 높일 수 있음이 확인되었다.
This study aimed to investigate the penetration characteristics of a segmented penetrator with normal and inclined angles. The length to diameter ratio (L/D) of the segmented penetrator was varied as 1.0, 0.5, and 0.25. Moreover, impact velocities of 1.5, 2.0, and 2.5 km/s and inclination angles of ...
This study aimed to investigate the penetration characteristics of a segmented penetrator with normal and inclined angles. The length to diameter ratio (L/D) of the segmented penetrator was varied as 1.0, 0.5, and 0.25. Moreover, impact velocities of 1.5, 2.0, and 2.5 km/s and inclination angles of $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, and $45^{\circ}$ were successively applied. The AUTODYN-3D code was used to simulate the penetration performance of the segmented penetrator. The results show that the penetration performance of the segmented penetrator with steel plates was obviously higher than that of the corresponding continuous penetrator with steel plates. The outstanding penetration performance of the segmented penetrator can be observed when the impact velocity was 2.0 km/s and L/D = 1. In this case, the penetration performance of the segmented penetrator was 7% higher than that of the corresponding continuous penetrator. This trend was attributable to the interaction between the reactive plate and the projectile. The extent of the interaction relies on the relative velocities of the plate and projectiles, inclination angle, and number of segmented penetrators. It was proven that the penetration performance of the segmented penetrator can be improved by increasing the impact velocity, number of segmented penetrators between segments, and penetrator length.
This study aimed to investigate the penetration characteristics of a segmented penetrator with normal and inclined angles. The length to diameter ratio (L/D) of the segmented penetrator was varied as 1.0, 0.5, and 0.25. Moreover, impact velocities of 1.5, 2.0, and 2.5 km/s and inclination angles of $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, and $45^{\circ}$ were successively applied. The AUTODYN-3D code was used to simulate the penetration performance of the segmented penetrator. The results show that the penetration performance of the segmented penetrator with steel plates was obviously higher than that of the corresponding continuous penetrator with steel plates. The outstanding penetration performance of the segmented penetrator can be observed when the impact velocity was 2.0 km/s and L/D = 1. In this case, the penetration performance of the segmented penetrator was 7% higher than that of the corresponding continuous penetrator. This trend was attributable to the interaction between the reactive plate and the projectile. The extent of the interaction relies on the relative velocities of the plate and projectiles, inclination angle, and number of segmented penetrators. It was proven that the penetration performance of the segmented penetrator can be improved by increasing the impact velocity, number of segmented penetrators between segments, and penetrator length.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이것은 분절형 관통자의 기하형상비가 1 이하일 경우 단일형 관통자 대비 향상된 관통깊이 및 관통성능이 발생되지 않는다는 것을 의미한다. 따라서 본 연구는 L/D=1 를 갖는 분절형 관통자에 대하여 충격속도 증가에 따른 관통해석을 수행하였다. 해석결과는 Table 4 에 보여진다.
본 단락에서는 단일형 관통자와 분절형 관통자의 충격 입사각에 따른 관통해석이 수행되었다. 1.
5 mm 두께의 다층 또는 경사각에 대한 표적체와 60 mm 두께의 표적체에 대한 단일형 관통자와 분절형 관통자의 충격 수치 시뮬레이션이 수행되었다. 시뮬레이션의 목적은 다양한 초기조건에서 관통자와 표적체 사이의 상호작용에 대해 관통성능을 비교하는 것이다. 이는 두꺼운 표적으로 수직 충격에 대한 분절형 관통자의 뛰어난 관통성능을 고찰하고자 함이다.
시뮬레이션의 목적은 다양한 초기조건에서 관통자와 표적체 사이의 상호작용에 대해 관통성능을 비교하는 것이다. 이는 두꺼운 표적으로 수직 충격에 대한 분절형 관통자의 뛰어난 관통성능을 고찰하고자 함이다. Fig.
제안 방법
5 mm 두께의 다층 또는 경사각에 대한 표적체와 60 mm 두께의 표적체에 대한 단일형 관통자와 분절형 관통자의 충격 수치 시뮬레이션이 수행되었다. 시뮬레이션의 목적은 다양한 초기조건에서 관통자와 표적체 사이의 상호작용에 대해 관통성능을 비교하는 것이다.
60 mm 두께의 표적체에 대한 L/D=4 인 단일형 관통자와 L/D=1, 0.5, 0.25 인 분절형 관통자의 최대 관통 깊이를 고찰하고자 1.5 km/s 의 초기 충격속도로 관통해석이 수행되었다.
M.LEE 는 고정 또는 이동하는 경사판에 대한 분절형 관통자의 탄도성능을 연구하였다. 그는 단일형 관통자 대비 분절형 관통자가 2.
3.2 다층 표적체에 따른 관통성능
관통자는 1.5 km/s 의 동일한 충격속도로 5 mm의 두께를 가지는 다층 표적체에 대해 시뮬레이션이 수행되었다. Fig.
단일형 및 분절형 관통자에 대한 충격속도의 함수로서 다양한 표적체에 따른 관통결과는 관통깊이, 잔류질량, 잔류속도에 따라 비교 및 고찰되었다. 전반적으로 관통자 모두 관통깊이는 충격속도와 함께 증가한다.
본 논문은 L/D=4 인 단일형 관통자와 L/D=1, 0.5, 0.25 인 분절형 관통자가 발사체로서 시뮬레이션에 적용되었고 0° , 15° , 30° , 45° 의 입사각, 1.5, 2.0, 2.5 km/s 의 충격속도와 5 mm 두께의 다층 및 60 mm 두께의 표적체를 해석 변수로 지정하여 수치 해석을 수행하였다.
본 논문은 경사각에 대한 표적체 및 다층 표적체에 대해 단일형 관통자와 분절형 관통자의 관통성능 비교를 위한 것이며 범용 프로그램인 AUTODYN 을 이용하여 텅스텐 재질의 관통자의 고속 관통해석을 수행하고 그 결과로 관통자 충격거동 및 관통 후의 상태를 분석하였다.
본 연구에서는 다양한 해석변수에 의한 단일형 관통자(L/D=4)와 분절형 관통자(L/D=1, 0.5, 0.25)의 관통성능 수치 시뮬레이션 결과를 비교하였다.
3 은 요소 사이의 Gap 크기를 보여주며 녹색으로 표시되어 있는 부분이 요소표면구간의 접촉감지영역으로 각 요소의 Gap 이다. 이러한 모든 접촉감지영역의 노드는 관통의 깊이에 비례하여 가해지는 힘에 의해 격퇴되는 원리로 충격해석을 수행한다. Gap 의 크기는 요소간의 상호작용에 관련된 부분으로 가장 작은 요소면의 1/10 에서 1/2 의 범위에 있어야 한다.
잔류속도는 앞서 다층 표적체에 대한 수직으로 관통해석을 수행한 것과 다른 상이한 결과를 도출하였다.
대상 데이터
Table 1 과 Table 2 는 시뮬레이션 전반에 걸쳐 적용된 관통자와 표적체의 구성 모델과 재료 물성치를 나타낸다. 관통자는 텅스텐 재료가 사용이 되었고 표적체는 Steel-4340 이며 참고문헌에서 인용되었다. (13,14) 표적체에 추계학적 파괴기준을 사용하여 관통 시 발생하는 파편을 현실적으로 구현하였으며, Steel-4340 재료의 주 파괴응력값은 720 MPa 이다.
본 논문의 시뮬레이션은 150 %의 절점탈락기능 값을 설정하였고 발사체와 표적체의 상호작용 Gap 크기는 0.042 mm 이다.
이론/모형
본 연구에서 수행된 충격거동은 AUTODYN-3D의 절점탈락기능(erosion)과 Lagrange, ALE, Shell, Beam 및 비정렬 격자체의 충격해석을 구현하기 위해 적용되는 접촉 알고리즘을 사용하였다.
성능/효과
(1) 초기 질량이 72 g 인 단일형 및 분절형 관통자는 충격속도가 증가함에 따라 전반적으로 관통깊이와 관통성능이 증가하였다.
(1~4) 일반적으로 분절형 관통자의 관통은 큰 분산특성으로 전개되지만, L/D=1 인 분절형 관통자는 2.6 km/s 의 속도에서 L/D=30 인 단일형 관통자 대비 약 65 %의 관통성능 향상을 보여주었다.
(2) 특정 기하형상비(L/D=0.5)의 분절형 관통자는 단일형 관통자 보다 수직 표적체에 대해 더 높은 관통깊이를 보이며 관통성능이 향상되었다.
(3) 2.0 km/s 의 충격속도에서 분절형 관통자는 약 7 %의 관통성능이 향상되었다.
(4) 단일형 관통자는 분절형 관통자보다 최대 80 m/s 의 잔류속도와 4.4 g 의 잔류질량 격차를 보이며 경사각에 따른 관통성능이 우수하다. 이는 분절형 관통자의 길이 축소로 인한 표적체와의 접촉계면에 따른 측방향 하중에 의해 손상되기 때문이다.
(5) 분절형 관통자의 관통 성능은 관통자의 감소된 길이와 그에 따른 분절체의 개수, 충격속도의 증가 등에 의해 향상된다.
(6) 그 결과, 관찰된 관통성능 저하는 이전 분절체의 후면에 충격하는 제 2 의 분절체에 기인하고, 이러한 영향은 저속도에서 더 심화되는 것으로 확인되었다.
2 km/s 에서 L/D=5 인 단일형 관통자 및 상응하는 분절형 관통자 관통연구와 동일한 결과이다. Charters 의 연구결과는 2.2 km/s 의 충격속도에서 L/D=1 인 분절형 관통자는 단일형 관통자 대비 약 10 %의 향상된 관통성능을 보였다. 반면 흥미로운 결과 중 하나는 분절형 관통자의 관통성능이 단일형 관통자와 비교했을 때 L/D=1 이하의 기하형상비에서 크게 저하된다는 것이다.
L/D=0.5 일 때 43.2 mm 로 가장 높은 결과값이 도출되었으며, 이는 단일형 관통자의 관통깊이에 비해 5.1 % 향상되었다.
결과에서 보여지듯 관통자 모두 입사각의 증가에 따라 관통거동을 중 회전을 가지며 완전관통 후에는 편향됨을 알 수 있다.
1 % 향상되었다. 관통성능은 1.08 로 1.00의 단일형 관통자의 관통성능에 비해 0.08 이 향상되었다. 전반적인 해석 결과는 Table 3 에 보여진다.
7 g 으로 감소하였다. 입사각에 따른 해석결과는 동일한 질량인 단일형 관통자의 잔류질량이 상대적으로 크게 증가함을 보였다. 잔류속도는 앞서 다층 표적체에 대한 수직으로 관통해석을 수행한 것과 다른 상이한 결과를 도출하였다.
표적체에 일정한 간격을 둔 단일형 관통자와 분절형 관통자의 종말탄도성능이 실험적으로 확인되었다. (10,11) 그 결과 중 하나는 분절형 관통자는 동일한 길이인 단일형 관통자의 관통성능을 능가할 수 없다는 것이다.
해석 결과로 관통자의 최대 관통깊이(DOP: depth of penetration), 관통성능(P/L), 잔류속도, 잔류질량을 도출하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
단일형 관통자와 분절형 관통자의 관통성능 비교 및 충격 거동 예측을 위한 관통해석은 무엇을 수행해야 하는가?
관통자의 형상, 즉 단일형 관통자와 분절형 관통자의 관통성능 비교 및 충격 거동 예측을 위한 관통해석은 다양한 변수에 의해 반복적인 관통해석을 수행해야 한다. 수치해석을 수행하기에 앞서 Fig.
분절형 관통자는 동일한 길이인 단일형 관통자의 관통성능을 능가할 수 없는 이유는?
(10,11) 그 결과 중 하나는 분절형 관통자는 동일한 길이인 단일형 관통자의 관통성능을 능가할 수 없다는 것이다. 이는 분절형 관통자는 측방향하중에 매우 민감하다는 사실 때문이다.
전반적으로 관통거동에 의해 관통자의 질량이 감소하는 이유는?
전반적으로 관통거동에 의해 관통자의 질량이 감소한다. 이는 관통거동에 의해 관통자의 질량 일부가 파편으로 균열 및 파열되어 부셔지기 때문이다. 다양한 L/D를 갖는 관통자에 따라 잔류질량은 대체로 동일한 결과를 보인다.
참고문헌 (17)
Bjerke, T. W., Zukas, J. A. and Kimsey, K. D., 1992, "Penetration Performance of Disk Shaped Penetrators," International Journal of Impact Engineering, Vol.12, No.2, pp.263-280.
Franzen, R. R., Walker, J. D., Orphal, D. L. and Anderson, C. E., 1994, "An Upper Limit for the Penetration Performance of Segmented Rods with Segment-L/D
Normandia, M. J. and Lee, M., 1999, "Penetration Performance of Multiple Segmented-rods at 2.6 km/s," International Journal of Impact Engineering, Vol.23, No.1, pp.675-686.
Herrmarm, W. and Wilbeck, J. S., 1987, "Review of Hypervelocity Penetration Theories," International Journal of Impact Engineering, Vol.5, No.1-4, pp.307-322.
De Rosset, W. S. and Sherrick, T., 1996, "Segmented Rod Performance at Ordnance Velocity," ARL-MR- 291 U.S. Army Research Laboratory, Aberdeen Proving Ground, MD.
Hauver, E. and Melani, A., 1990, "Behavior of Segmented Rods During Penetration," BRL-TR-3129 Ballistic Research Laboratory, Aberdeen Proving Ground, MD.
Hohler, V. and Stilp, A., 1990, "Penetration Performance of Segmented Rods at Different Spacing: Comparison with Homogeneous Rods at 2.5-3.Skin/s," Proc. 12th Int. Symp. Ballistic, San Antonio.
Lee, M., 2001, "A Numerical Comparison of the Ballistic Performance of Unitary and Segmented-Rods against Stationary and Moving Oblique Plates," International Journal of Impact Engineering, Vol.26, No. 1-10, pp.399-407.
Jo, J. H., Lee, Y. S., Kim, J. H. and Bae, Y. W., 2012, "A Study on Hypervelocity Penetration Characteristics of Tungsten Cylindrical Penetrator," Proceedings of the KSME 2012 Fall conference of the KSME, pp.2131-2137.
Zukas J. A., 1990, High Velocity Impact Dynamics. New York: Wiley.
WWW1.ANSYS.COM,2011, "ANSYS/AUTODYN- 3D," 12.1 User's Manual, Material Models Chapter.
Jo, J. H. and Lee, Y. S., 2012, "Numerical Simulation of Failure Mechanism of PELE Perforating Thin Target Plates," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol.36, No.12, pp.1577-1583.
Jo, J. H., Lee, Y. S. and Jin, H. L., 2012, "Numerical Simulation of Steel/Kevlar Hydrid Composite Helmet subjected to Ballistic Impact," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol.36, No.12, pp.1569-1575.
Charters, A. C., Menna, T. L. and Piekutowski, A. J., 1990, "Penetration Dynamics of Rods from Direct Ballistic Tests of Advanced Armor Components at 2-3 km/s," International Journal of Impact Engineering, Vol.10, pp.93-106.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.