مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه مسیر نفوذ مایل پرتابه‌های صلب اجایو در اهداف بتنی نیمه بی نهایت به روش تحلیلی و تجربی

نویسندگان
حسن آخانی 1
حسین خدارحمی 1
میلاد صادق یزدی 1
مجتبی ضیا شمامی 1
صفا پیمان 2
1 دانشگاه جامع امام حسین (ع)، گروه مهندسی مکانیک
2 دانشگاه جامع امام حسین(ع)-گروه مهندسی عمران
10.48311/mme.2025.24041
چکیده
در این مقاله به مطالعه مسیر نفوذ مایل یک پرتابه صلب اجایو در هدف بتنی نیمه بی‌نهایت با مقاومت فشاری 35مگاپاسکال و مقایسه نتایج تحلیلی و تجربی پرداخته شده است. پرتابه از جنس فولاد بسیار مستحکم سخت‌کاری شده با تنش تسلیم 1100 مگاپاسکال در نظر گرفته شده تا کمترین تغییر شکل را داشته باشد. تست‌های تجربی بالستیکی در سرعت‌های 546 تا 606 متر بر ثانیه و زوایای عمود و 5، 10، 15، 20 درجه انجام شده است و پس از انجام تست نمونه‌ها اسکن شده است تا مسیر نفوذ پرتابه‌ها تعیین شود. در روش تحلیلی برای حالت نفوذ نرمال بتن چهار ناحیه ، پلاستیک ،دارای ترک شعاعی، الاستیک و سالم در نظر گرفته می‌شود، اما برای حالت نفوذ مایل این نواحی با در نظر گرفتن اثرات سطح آزاد تغییر پیدا می‌کند که در این تحقیق به محاسبه این اثرات بر نفوذ مایل یک پرتابه اجایو و استخراج روابط تحلیلی مربوط به بتن پرداخته شده است. همچنین در روش تحلیلی اثرات جدایش ضعیف نیز در نظر گرفته شده است. برای حل روش تحلیلی از برنامه متلب استفاده شده است. کاربرد این روش در استخراج مسیر نفوذ مایل پرتابه در اهداف بتنی نیمه بی‌نهایت است. نتایج نشان می‌دهد که روش تحلیلی به خوبی توانسته است انحراف پرتابه و مسیر نفوذ را نشان دهد به طوری‌که حداکثر خطا در جهت افقی برابر با 4/11% و در جهت عمودی برابر با 8/15%بود. همچنین با افزایش سرعت از 500 تا 1000 متر بر ثانیه در زاویه برخورد 20 درجه میزان انحراف تا 75% بیشتر می‌شود.
کلیدواژه‌ها
برخورد مایل
مسیر نفوذ
سطح آزاد
اسکن بتن

موضوعات

عنوان مقاله English

Studying Oblique Penetration Trajectory of Rigid Projectiles in Semi-Infinite Concrete Targets by Analytical and Experimental Methods

نویسندگان English

hassan akhani 1
Hossein Khodarahmi 1
Milad Sadeghyazdi 1
Mojtaba Zia shamami 1
Safa Peyman 2
1 Ph.D. Student, Faculty of Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran
2 Imam Hossein University
چکیده English

In this paper, the oblique penetration path of a rigid ogive-nosed projectiles into a semi-infinite concrete target with a compressive strength of 35 MPa is investigated. Analytical and experimental results are compared. The projectile is made of high-strength, hardened steel with a yield stress of 1100 MPa, selected to minimize deformation. Ballistic experiments were conducted at velocities of 500 to 1000 m/s and at impact angles of 0°, 5°, 10°, 15° and 20°. Prior to testing, the specimens were scanned to determine the penetration paths of the projectile. In the analytical approach for normal (perpendicular) penetration, the concrete is divided into four zones: plastic, radially cracked, elastic and intact. However, for oblique penetration, these zones are altered due to the influence of the free surface, which is considered in this study to derive analytical relations for concrete under oblique penetration of an ogive-nosed projectile. The effect of weak separation (spalling) is also incorporated into the analytical method. The analytical calculations are performed using MATLAB. The method is applied to determine the oblique penetration path of projectiles into semi-infinite concrete targets. The results show that the analytical model accurately predicts the projectile deflection and penetration path, with a maximum horizontal error of 11.4% and vertical error of 15.8%. Additionally, increasing the impact velocity from 500 to 1000 m/s at an impact angle of 20° leads to an increase in deflection of up to 75%.

کلیدواژه‌ها English

Oblique Contact
Path of Penetration
free surface
Concrete Scan
[1] Forrestal M, and Luk V K. "Penetration into soil targets." International Journal of Impact Engineering 12, no. 3 (1992): 427-444.
[2] Vahedi KH, Hosseini R, Naddaf Oskouei A. "Optimizing the shape of the penetrator nose into Compressible Concrete in order to achieve the maximum penetration depth." Aerospace Mechanics17 , no. 2 (2021): 101-115. (In Persian).
[3] Sayahbadkhor M, Vahedi KH, Naddaf Oskouei A. "Presenting a modified theory and analytical investigation of projectile penetration into ceramic-metal semi-infinite targets". Journal of Solid and Fluid Mechanics , no. 9(2019): 31-45. (In Persian).
[4] Xiang D, Wang K, Ming L, Duan J, Qian B, and Zhou G. "Rigid elliptical cross-section ogive-nose projectiles penetration into concrete targets." Defense Technology 17, no. 3 (2021): 800-811
[5] Chen X, Fan S , and Li Q . "Oblique and normal perforation of concrete targets by a rigid projectile." International Journal of Impact Engineering 30, no. 6 (2004): 617-637.
[6] Teng T, Chu Y, Chang F, and Chin H. "Numerical analysis of oblique impact on reinforced concrete." Cement and Concrete Composites 27, no. 4 (2005): 481-492.
[7] Liyaghat G, and Pol M. "Analysis of the penetration of inclined projectiles in thin metal plates", J Aerospace Mechanics5, no. 2 (2009): 481-492. (In Persian).
[8] Hao W, Chen X, Lin H, and Fang Q. "Stability analyses of the mass abrasive projectile high-speed penetrating into concrete target. Part I: Engineering model for the mass loss and nose-blunting of ogive-nosed projectiles." Acta Mechanica Sinica 30, no. 6 (2014): 933-942.
[9] Xuguang C, Fangyun L, and Zhang D. "Penetration trajectory of concrete targets by ogived steel projectiles–Experiments and simulations." International Journal of Impact Engineering 120, no. 4 (2018): 202-213.
[10] Duan Z, Li S, Fang M, Zhuo O, and Huang F. "Attitude deflection of oblique perforation of concrete targets by a rigid projectile." Defence Technology 16, no. 3 (2020): 596-608.
[11] Dong H, Haijun W, Zihao L, Xudong G, Aiguo P, Li J, and Fenglei Huang. "Penetration characteristics of pyramidal projectile into concrete target." International Journal of Impact Engineering 143, (2020): 103583.
[12] Xiaojing Z, Wenjin Y, Wenbin L, Xiaoming W, and Xintao Z. "Research on Oblique Penetration of Projectiles into Targets of Different Materials." In Journal of Physics: Conference Series, vol., no. 1(2002), p. 012072. IOP Publishing, 2021.
[13] Akhani Senejani H, Khodarahmi H, Sadegh-Yazdi M, Zia-Shemami M, Peyman S. "Experimental and numerical analysis of the effect of the angle of impact of rigid projectiles on the depth of penetration and the amount of deflection in semi-infinite concrete targets" Journal of Solid and Fluid Mechanics14 , no.6(2025). (In Persian).
[14] Forrestal M, and Tzou D. "A spherical cavity-expansion penetration model for concrete targets." International Journal of Solids and Structures 34, no. 31-32 (1997): 4127-4146.
[15] Qi-feng Z, Huang Z, Xiao Q, Xu-dong Z, Jia X, and Ma B. "Theoretical considerations on cavity diameters and penetration depths of concrete materials generated by shaped charge jets using the targets response modes described by a modified HJC model." International Journal of Impact Engineering138, no.8 (2020): 103-133.
[16] Forrestal M, and Amos D. "Dynamic spherical cavity expansion of strain-hardening materials." J Appl Mech 58, no. 1 (1991):1-6.
[17] Forrestal M , and Longcope D. "Target strength of ceramic materials for high‐velocity penetration." Journal of Applied Physics 67, no. 8 (1990): 3669-3672.
[18] Forrestal M, and Longcope D. "Target strength of ceramic materials for high‐velocity penetration." Journal of Applied Physics 67, no. 8 (1990): 3669-3672.
[19] Bernard R, and Creighton D. "Projectile penetration in soil and rock analysis for non-normal impact." Technical report SL-79-15, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station Structures Laboratory. MS,USA: Vicksbury; (1979). 13–26.
[20] Building and Housing Research Center (BHRC). "Iranian code of practice for design and construction of concrete buildings (ABA)". 3rd ed. Tehran: Ministry of Roads and Urban Development; 2019
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 25، شماره 7
تیر 1404
صفحه 417-427