Modern K/M obüs kulesinde zırh kalınlığının bilgisayar destekli optimizasyonu

Abstract

ÖZET Anahtar kelimeler: Obüs tasarımı, optimizasyon, CAD, CAE, balistik penetrasyon. Ağustos 1999'da başlatılmış olan K.K.K. Modern Kundağı Motorlu Obüs projesi kapsamında belirlenerek çalışmalarına başlanan "Modern K/M Obüs Kulesinde Zırh Kalınlığının Bilgisayar Destekli Optimizasyonu" konulu tez çalışmasında, Modern K/M obüs prototipinde atış esnasında oluşan geri tepme kuvvetlerinin etkisiyle obüs kulesinde oluşan gerilme ve deformasyon durumları incelenmiş, yapılan analizler sonucunda elde edilen datalar ile kuleyi oluşturan zırh plakalarının kalınlık optimizasyonu yapılmıştır. Bu konudaki deneysel veriler, proje kapsamında bu çalışma ile eş zamanlı olarak K.K.K. 1010. Ordu Ana. Tm. Fb. Md.lüğü /Tübitak-SAGE'nin M 52T K/M Obüs geri tepme kuvveti ölçüm deneyleri, SSAB Öxelosund ARMOX 500 T malzeme dataları ve Samsung Aerospace'nin verilerinden sağlanmıştır. Bu çalışmada amaç, aracın güç/ağırlık oranını artırarak dayanıklılıktan ödün vermeden manevra kabiliyeti, sürat, menzil, malzeme sarfiyatı, üretim zamanı gibi hususlarda kazanç sağlamanın yanı sıra, zırhlı araç tasarım konseptinde bir bilgisayar destekli tasarım otomasyonu yaklaşımı getirmek, bu kapsamda sonlu elemanlar metodunu ve optimizasyon algoritmalarını birleştirerek 3 boyutlu karmaşık yapılarda etkin bir şekilde kullanmaktır. Optimizasyon çalışması için prototip kule parametrik CAD modeli oluşturulmuş, zırh plakaları ise birer tasarım parametresi olarak tanımlanmıştır. Optimizasyon için hangi tasarım değişkenlerinin kritik değerlerde olduğunun anlaşılması amacıyla sensitivite analizi yapılmıştır. Çalışmanın bu kısmında Pro/Engineer CAD/CAM ve Pro/Mechanica CAE programları kullanılmıştır. Büyük miktarda deformasyonların meydana geldiği 3 boyutlu karmaşık yapıların son jenerasyon CAD/CAM/CAE yazılımlarının bütünleşik olarak kullanılması suretiyle incelenmesi çalışmanın bu kısmının yenilikçi bir yönünü oluşturmaktadır. Optimizasyon sonucunda elde edilen plaka kalınlık değerlerinin balistik zırh koruması sağlayıp sağlamadığının anlaşılması amacıyla kule zırhlarında balistik penetrasyon analizi yapılmıştır. Bu konuda K.K.K. 1010. Ordu Ana Tm. Fb. Md.lüğü'nün proje kapsamında FMC Nurol S. S. 'ne yaptırdığı balistik testleri sonuçları incelenmiş, elde edilmiş değerler veri olarak kulanılmıştır. Analizler sonucunda bulunan değerler bu test verileriyle karşılaştırılmıştır. Balistik penetrasyon, fiziksel tanımı itibarıyla bilgisayarda modellenmesi oldukça zor olan, çok yüksek hızda çarpışma olaylarının tanımlanması ve bu esnada malzeme davranışının kestirilmesi bakımlarından simülasyonu oldukça zor olan bir konudur. Optimizasyonda elde edilen zırh kalınlık değerleri balistik penetrasyon değerlerinin altında olamaz, çünkü esas olan kütle minimizasyonundan önce balistik korumayı sağlamaktır. Bu sebeple nihai kalınlık değeri olarak balistik testlerinin öngördüğü değerler kabul edilmiştir. Çalışma esas itibarıyla 3 boyutlu karmaşık bir kabuk yapıyı oluşturan plaka kalınlıklarının bilgisayar destekli optimizasyonu olarak nitelenebilir. Çalışma sonunda elde edilen bilgiler eğriler halinde, model üzerinde renkli kontur dağılımları formunda görsel olarak ve optimizasyon sonuçları ise nümerik olarak sunulmuştur.

Keywords. Howitzer design, optimization, CAD, CAE, ballistic penetration. Thesis study was started and continued internally to development program of Modern Self Propelled Howitzer (SPH) which has been started by Army in August 1999. In thesis study whose name is "Computer Aided Optimization of Armor Plate Thickness in Turret of Modern Self Propelled Howitzer", stresses and displacements which were occured during firing ivestigated in the turret of SPH by CAE (Computer Aided Engineering) method. At the end of the analyses, it was obtained a lot of datas and these was applicated in optimization of armor plate thicknesses were created the turret. The experimental datas that is relevant the study obtained from armor material tensile tests which was made by Army, from manufacturer firm of armor material: Ssab Oxelosund and from manufacturer firm of SPH: Samsung Aerospace Inc. Goal of this study, to develop Modern SPH's power/weight ratio but not to weak durability meanwhile and in addition, to use effectively an integrated engineering solution like computer aided design (CAD), engineering and optimization. For optimization study, turret CAD model that was prepared for static analyses converted to parametric model. Armor plates were defined as parameters of the model. The goal of optimization is stress minimization. To develop the survey, sensitivity study was made on the turret with stress measure. This step of the study, Pro/Engineer CAD/CAM and Pro/MECHANICA CAE softwares were used. A different characteristic side of this study is using integrated CAD/CAE programs in 3D( three dimensional) sophisticated structures which were occured large deformations. At the end of the optimization, the values of armor plate thicknesses was examined and compared with ballistic penetration numerical analyses in turret. Researches on this subjects has been indicated that turrets are the components the most hitted by projectiles of armored warfare vehicles. In penetration analyses, FEA ( Finite Elements Analysis) method was applicated and ANSYS/LS-DYNA explicit dynamic analysis software was used to solve the problem. The experimental datas made by FNSS for Army was compared with numerical analyses results. For armor material Armox 500 which was mentioned the study is a new working. The values obtained from optimization can not be thinner than the value that was accepted in ballistic penetration analyses. Because, the ballistic protection is the most important criteria always. The study can be defined as computer aided design and optimization of plate thickness which is made an 3D sophisticated shell model. The experiments that were obtained in the result of the study was presented as color contour distribution and curves; the optimization results was presented numerically. It has been thinking the study will reference the researchers works on this subject. xvi