فهرست مطالب

فصلنامه مواد پر انرژی
سال هفدهم شماره 3 (پیاپی 55، پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/11
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مصطفی عظیمی، صفا پیمان* صفحات 141-152

    بتن یکی از مصالح رایج در سازه های استراتژیک است و به ضعم آن بتن پارچه ای (CC) که بتن مسلح به پارچه (TCR) نیز نامیده می شود یکی از فناوری نوین و تکنولوژی روز دنیا به حساب می آید. باتوجه به کاربردهای عمومی بتن پارچه ای، نیاز بررسی و ارزیابی آن در زمینه نظامی و دفاعی روشن می گردد، در پژوهش حاضر اهداف بتن پارچه ای با ابعاد 120 در 120 میلی متر و ضخامت 10 میلی متر تحت نفوذ پرتابه های فولادی با دماغه هایی به شکل تخت، نیم کروی و مخروطی و قطر 8 میلی متر در نرم افزار آباکوس شبیه سازی و با نتایج تجربی صحت سنجی شده اند که میزان سرعت حد بالستیک نمونه بتن پارچه ای مشخص و بیشینه قطر تخریب سطوح جلو و پشت نمونه نیز اندازه گیری شده است. مکانیزم شکست نمونه های بتن پارچه ای به شکل شکست شکننده و از نوع تکه تکه شدگی پدید آمده که عملکرد نسبتا مناسبی را در برابر نفوذ پرتابه ها از خود نشان داده اند به طوری که میزان مساحت و قطر تخریب در سطح جلوی نمونه ها بسیار ناچیز و بعضا به اندازه قطر پرتابه بوده است، همچنین در سطح پشتی نمونه ها نیز میزان تخریب قابل قبول بوده و با افزایش سرعت برخود، میزان تخریب نیز به صورت خطی افزایش یافته است. میزان سرعت حد بالستیک نمونه های بتن پارچه ای نیز برای پرتابه های فولادی با دماغه های تخت، نیم کروی و مخروط به ترتیب مقدار 124، 110 و 100 متربرثانیه بدست آمده که نشان دهنده نفوذ آسان پرتابه با دماغه مخروطی و نفوذ دشوار پرتابه با دماغه تخت می باشد. در نهایت عملکرد پانل بتن معمولی به تنهایی و همراه با یک لایه بتن پارچه ای در سطح جلویی مورد ارزیابی قرار گرفت است به طوری که اضافه نمودن لایه بتن پارچه ای توانسته است قطر تخریب سطح جلویی هدف را تا 80 درصد کاهش و انرژی جنبشی پرتابه را نیز در مدت زمان کوتاهی به شدت بکاهد که این اقدام باعث بهبود عملکرد ضربه ای پانل های بتن معمولی شده است.

    کلیدواژگان: بتن پارچه ای، نفوذ پرتابه، سرعت حد بالستیک، آباکوس، بیشینه قطر تخریب
  • یدالله بیات*، مسعود مصطفوی، قاسم اسکوئیان، محمدجواد بیات صفحات 153-162

    بایندرها ، یکی از کلیدی ترین اجزا در ساختار پیشرانه های جامد مرکب مورد استفاده در صنایع نظامی و تحقیقات فضایی می باشند. در این پژوهش، کوپلیمر سه دسته ای PPG-PTHF-PPG  به عنوان بایندر با استفاده از پلی تتراهیدروفوران به عنوان آغازگر و مونومر پروپیلن اکسید طی مکانیسم حلقه گشایی کاتیونی با جرم مولکولی مناسب و با میزان بازدهی بالا سنتز گردید. کوپلیمر سنتز شده با دستگاه هایی نظیر IR، NMR،GPC وDSC مورد بررسی و شناسایی قرارگرفته شد. در ادامه، شرایط بهینه سنتز کوپلیمر، از جمله انتخاب نوع حلال، مقدار حلال منتخب، مقدار کاتالیزور و مدت زمان واکنش مورد بررسی قرار گرفت. پس از مراحل سنتز کوپلیمر، پخت کوپلیمر با عوامل پخت ایزوسیاناتی مختلف مورد آزمون قرار گرفت و از این رو مقادیر بهینه کاتالیزگر پخت، زنجیرگستر و R (مخلوط عوامل ایزوسیاناتی N-100 و IPDI)  بدست آمد. با تهیه الاستومرهای دمبلی شکل، خواص مکانیکی الاستومرها نیز ارزیابی گردید که افزایش مقدار 80% در ازدیاد طول  نسبت به نمونه HTPB را نتیجه داد.

    کلیدواژگان: پیشرانه، بایندر، تتراهیدروفوران، افزایش طول، پخت بایندر
  • محمدجواد ستوده، حسین فخرا ئیان*، محمدجواد تقی زاده صفحات 163-170

    ایزوسیانات های آروماتیک و آلیفاتیک در تولید پلی یورتان مورد استفاده قرار می گیرند. دی مریل دی ایزوسیانات (DDI)، به عنوان یک دی ایزوسیانات آلیفاتیک زیستی در حال ظهور، دارای مزایای بسیاری مانند سمیت کم، فشار بخار کم و عدم حساسیت به رطوبت است و از جمله ایزوسیانات های مهمی است که می تواند به عنوان عامل پخت و همچنین نرم کننده و بهبود دهنده ویسکوزیته در فرمولاسیون های پیشرانه جامد مرکب، PBX و انواع پلی یورتان ها مورد استفاده قرار گیرد. در این پژوهش سنتز دی مریل دی ایزوسیانات (DDI) طی یک روش دو مرحله ای بهینه سازی شده و تاثیر فاکتورهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بدین ترتیب، در مرحله ی اول، واکنش دیمر اسید با عامل کلریناسیون در دمای محیط منجر به تهیه ترکیب آسیل کلراید با راندمان 98 درصد شد و در مرحله دوم، آزیداسیون این حدواسط با استفاده از سدیم آزید و نوآرایی کورتیوس محصول مورد نظر را با راندمان %89 درصد ایجاد کرد. محصول بدست آمده با این روش معایب روش فسژن نظیر سمیت بالا، واکنش های جانبی ناخواسته و  شرایط سخت  فرآیند را ندارد و راندمان کلی واکنش %87 بوده است

    کلیدواژگان: دی مریل دی ایزوسیانات (DDI)، سدیم آزید، دیمر اسید، نوآرائی کورتیوس
  • حسین امیری*، سلوان دارایی، باقر مقیسه صفحات 171-179

    این پژوهش جهت افزایش مقاومت بالستیکی بدنه زره های فولادی با پوشش دهی به روش سخت کاری سطحی انجام گرفت. جوشکاری روی ورق با یک نوع سیم جوش روکش سخت از نوع آلیاژ آهنی کروم، نایبیوم دار و همچنین یک نوع بافر از نوع فولاد منگنزی انجام شد. پس از اعمال پوشش های سخت کاری شده روی ورق های فولادی، نمونه های آماده شده با تست بالستیک ضربه مورد آزمایش قرار گرفت. همچنین بررسی های ریزساختاری، سختی سنجی، آنالیز عنصری و متالوگرافی به صورت کامل روی نمونه ها پس از اصابت گلوله انجام شد. ضخامت لایه پوشش سخت جوشکاری شده حدود 5/0 ± 8 میلی متر اندازه گیری شد. عمق نفوذ گلوله در نمونه ای که از بافر استفاده شد حدود 5/0 میلی متر و در نمونه بدون بافر حدود 5/1 میلی متر اندازه گیری شد. در ورق های سخت کاری شده سطحی، گلوله شلیک شده از ورق های پوشش داده شده عبور نکرد. جوشکاری بافر مقاومت بالستیکی ورق های پوشش داده شده را مقابل گلوله بیشتر کرد. با تشکیل پوشش سخت روی زره فولادی یک پروفیل سختی از سطح پوشش تا زیرلایه ایجاد می شود که با ایجاد انعطاف پذیری مناسب، نقش موثری در جلوگیری از عبور گلوله دارد. ساختار کامپوزیتی شامل مارتنزیت تمپرشده با ذرات کاربیدی که یک ناحیه سخت به همراه انعطاف پذیری مناسب در ناحیه پوشش ایجاد می کند، این ساختار می تواند بهترین ساختار برای یک پوشش روی ورق های فولادی برای جلوگیری از نفوذ بالستیکی گلوله باشد. ترک ها پس از اصابت گلوله به دوصورت عمودی و افقی در سطح نمونه ایجاد می شود که این ترک ها در داخل ساختار کامپوزیتی جوش توسط کاربیدهای کروم و نایبیوم متوقف می شود. مکانیزیم بهبود خواص بالستیکی، جلوگیری از رشد ترک در سطح جوش است. جوشکاری سخت سطح با آلیاژ آهنی کروم و نایبیوم باعث افزایش مقاومت بالستیکی سطح ورق های فولادی می شود. پوشش های سخت کاری سطحی می تواند جایگزین مناسبی برای روش های هزینه بر تولید فولادهای زره ای با کارایی بالستیک بالا باشد.

    کلیدواژگان: پوشش سخت کاری سطحی، مقاومت بالستیکی، آلیاژ آهنی کروم و نایبیوم، ساختار کامپوزیتی
  • نجمه خضرائیان* صفحات 181-194

    در این مقاله، فرآیند نفوذ پرتابه های انرژی جنبشی به عنوان بخش اصلی سرجنگی های دو مرحله ای ضد استحکامات در اهداف بتنی سوراخ دار و آسیب دیده با استفاده از روش های تیوری، عددی و تجربی مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد. بر اساس تیوری گسترش حفره دینامیکی مطالعه نفوذ پرتابه های انرژی جنبشی در اهداف بتنی سوراخ دار مورد بررسی قرار گرفته است در این راستا با اصلاح مدل تلند به تخمین آسیب وارد شده به اهداف بتنی و نیز تعیین مشخصات هندسی حفره و تونل ایجاد شده بر روی هدف بتنی، پرداخته می شود سپس با استفاده از روش های تجربی و شبیه سازی های عددی تحلیل نفوذ پرتابه های پیشرو با لاینر مسی و هندسه مخروطی بر روی هدف بتنی، قطر تونل، هندسه حفره جلویی و پشتی استخراج شده است. نتایج تست های تجربی و شبیه سازی های عددی نفوذ پرتابه های پیشرو در اهداف بتنی حاکی از تکرار پذیری و انطباق مناسب دو روش می باشد. در ادامه با مشخص شدن قطر تونل در اهداف بتنی آسیب دیده، مدل تحلیلی تلند با لحاظ نمودن اثرات حفره جلویی در فرآیند نفوذ مورد اصلاح قرار گرفته و با اعمال اثرات آسیب در آن، یک مدل بهینه برای نفوذ پرتابه های انرژی جنبشی در اهداف سوراخ دار آسیب دیده توسعه داده شده است. مقایسه نتایج مدل تیوریک اصلاحی با نتایج تست های تجربی نسبت به سایر مدل های تحلیلی و نیز شبیه سازی های عددی از دقت خوبی برخوردار می باشد. نتایج مطابق با پیش بینی ها نشان می دهد که وجود آسیب در یک هدف بتنی باعث افزایش عمق نفوذ به مقدار قابل ملاحظه ای نسبت به حالت قبل از آسیب می شود

    کلیدواژگان: پرتابه پیشرو، پرتابه اصلی، بتن آسیب دیده، عمق نفوذ، مدل تحلیلی
  • محمود حبیبیان*، محمدعلی حسن زاده صفحات 195-209

    افزایش تقاضا برای مواد بلوری خالص با توزیع اندازه ی بلوری باریک منجر به بهینه سازی بلورسازهای لوله مکش بافلی در صنایع وابسته شده است. اندازه ی توزیع بلورهای تولیدی به طور قابل ملاحظه ای با افزایش اختلاط درون بلورساز تغییر می کنند، بنابراین دستیابی به درک درست و دقیقی از هیدرودینامیک بلورساز می تواند در زمینه ی طراحی و افزایش مقیاس بلورساز کمک بسیاری نماید. تا کنون مطالعات گسترده ای در زمینه ی میدان جریان درون بلورسازها انجام شده است، اما هیچکدام از این تحقیقات تاثیرات و برهمکنش پارامترهای چیدمان داخلی بلورساز را بررسی نکرده اند. در این پژوهش، مقادیر عددی بهینه ی سه پارامتر هندسی (قطر لوله، نسبت قطر لوله به قطر بافل، و همچنین عرض ناحیه حلقوی ته نشینی بلورها) به کمک شبیه سازی عددی میدان جریان در 18 بلورساز لوله مکش بافلی مورد مطالعه قرار گرفت. برهمکنش پارامترها نیز با استفاده از روش فاکتوریل کلی بررسی شد. برای تجزیه و تحلیل بهتر نتایج مختلف مانند توزیع سرعت محوری، انرژی جنبشی متلاطم، و خطوط جریان، هرکدام از بلورسازها به پنج بخش تقسیم شده اند. نتایج شبیه سازی حاکی از آن است که بلورسازی با قطر لوله ی 5/17 سانتیمتر، نسبت قطر لوله به قطر بافل 5/0، و عرض ناحیه ی حلقوی ته نشینی بلورها برابر با قطر لوله، شرایط هیدرودینامیکی بهینه در هرکدام از بخش های بلورساز را فراهم می کند.

    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، بلورسازهای لوله مکش بافلی، طراحی آزمایش و تجزیه داده ها، طراحی فاکتوریل، توزیع اندازه بلور
|
  • M. Azimi, S. Peyman* Pages 141-152

    Concrete is one of The Common Materials in Strategic Structures, and Because of it, Cloth Concrete (CC), which is also Called Fabric Reinforced Concrete (TCR), is Considered one of the Latest Technologies in the World. According to the General Applications of Cloth Concrete, the need to Investigate and Evaluate it in the Field of Military and Defense is Clarified, in the Present Research Cloth Concrete Targets with Dimensions of 120 x 120 mm and Thickness of 10 mm under the Influence of Steel Projectiles with Flat, Hemispherical and Conical Noses and the Diameter of 8 mm have been Simulated in Abaqus Software and Verified with Experimental Results, the Speed Of The Ballistic Limit of a Specific Cloth Concrete Sample and the Maximum Diameter of Destruction of the Front and Back Surfaces of the Sample have also Been Measured. the Failure Mechanism of the Cloth Concrete Samples is in the Form of Brittle Fracture and Fragmentation, which have Shown a Relatively Good Performance Against the Penetration Of Projectiles, so that the Area and Diameter of the Damage on the Front Surface of the Samples is Very Small and Sometimes as Much as the Diameter of the Projectile. also, on the Back Surface of the Samples, the Amount of Destruction is Acceptable and with the Increase of the Impact Speed, the amount of Destruction has also Increased Linearly. the Ballistic Limit Speed of Cloth Concrete Samples was also Obtained for Steel Projectiles with Flat, Hemispherical and Conical Noses as 124, 110 and 100 m/s, Respectively, which Indicates the Easy Penetration of the Projectile with a Conical Nose and the Difficult Penetration of the Projectile with a Flat Nose. Finally, the Performance of the Ordinary Concrete Panel alone and together with a Layer of Cloth Concrete on the Front Surface has been Evaluated, so that the Addition of the Layer of Cloth Concrete has been able to Reduce the Diameter of the Destruction of the Front Surface of the Target by 80% and the Kinetic Energy of the Projectile in a Period of Time. this Action has Greatly Improved the Impact Performance of Conventional Concrete Panels.

    Keywords: Cloth Concrete, Projectile Penetration, Ballistic Limit Speed, Abacus, Maximum Diameter of Destruction
  • Y. Bayat*, S. M. Mostafavi, Q. Oskueyan, M. J. Bayat Pages 153-162

    Binders are one of the most key components of solid composite propellants used in the military and space research industries. In present research, a PPG-PTHF-PPG triblock copolymer was synthesized as a binder using polytetrahydrofuran as an initiator and propylene oxide monomer through the cationic ring-opening mechanism with suitable molecular weight and high efficiency. The synthesized copolymer was investigated and identified with tools such as IR, NMR, GPC, and DSC. In the next, the optimal conditions for copolymer synthesis, including the choice of solvent type, the amount of solvent and catalyst, and the duration of the reaction, were investigated. After taking steps of copolymer synthesis, the curing of the copolymer was tested by different isocyanate curing agents, so the optimal amounts of curing catalyst, chain extender, and R ( mixture of N-100 and IPDI isocyanate agents) were obtained. The mechanical properties of elastomers were also evaluated through preparing dumbbell-shaped elastomers, which showed an 80% increase in elongation compared to the HTPB sample.

    Keywords: Propulsion, Binder, Tetrahydrofuran, Elongation, Binder Curing
  • M. J. Sotoudeh, H. Fakhraian*, M. J. Taghizadeh Pages 163-170

    Aromatic and aliphatic isocyanates are used in the production of polyurethane. Dimeryl Diisocyanate (DDI), as an emerging biological aliphatic diisocyanate, has many advantages such as low toxicity, low vapor pressure and insensitivity to moisture and is one of the important isocyanates that can be used as a curing agent as well as a viscosity improver and plasticizer in the formulation of propellants, PBX and polyurethanes. In this research, dimeryl diisocyanate (DDI) has been investigated through a two-step method of optimization and influence on various factors. Thus, in the first step, the reaction of the acid dimer with the chlorination agent at room temperature led to the preparation of the acyl chloride compound with an efficiency of 98%, and in the second step, azidation of this intermediate using sodium azide and Curtius rearrangement produced the desired product with an efficiency of it created 89%. The product obtained by this method does not have the disadvantages of the phosgene method, such as high toxicity, unwanted side reactions, and difficult process conditions, and the overall reaction efficiency was 87%.

    Keywords: Dimeryl Diisocyanate (DDI), Sodium Azide, Dimer Acid, Curtius Rearrangement
  • H. Amiri*, S. Daraei, B. Moghise Pages 171-179

    In this research, increasing the ballistic resistance of the steel armor body was done by Hardfaced Coating method. Welding on the sheet was done with a type of hard coated welding wire made of chromium, niobium-containing iron alloy and also a buffer type of manganese steel. After applying the hardened coatings on the steel sheets, the prepared samples were tested by impact ballistic test. Also, microstructural, hardness, elemental and metallographic analysis were done on the samples after the bullet impact. The thickness of the welded hard coating layer was measured as 8 ± 0.5 mm. The bullet penetration depth was measured as 0.5 mm in the sample with buffer and 1.5 mm in the sample without buffer. In surface hardened sheets, the fired bullet did not pass through the coated sheets. Buffer welding increased the ballistic resistance of the coated sheets against bullets. By forming a hard coating on the steel armor, a hard profile is created from the surface of the coating to the substrate, which plays an effective role in preventing the passage of bullets by creating appropriate flexibility. A composite structure consisting of martensite tempered with carbide particles that creates a hard area along with appropriate flexibility in the coating area, this structure can be the best structure for a coating on steel sheets to prevent bullet ballistic penetration. Cracks are created on the surface of the sample vertically and horizontally after the bullet hit, and these cracks are stopped inside the welding composite structure by chromium and niobium carbides. The mechanism for improving ballistic properties is to prevent crack growth on the weld surface. Surface hard welding with chromium and niobium iron alloy increases the ballistic resistance of steel sheets. Surface hardening coatings can be a suitable alternative to cost-effective methods of producing armor steels with high ballistic performance.

    Keywords: Hardfaced Coating, Ballistic Resistance, Chromium, Niobium Alloys, Composite Structure
  • N. Khazraiyan* Pages 181-194

    In this paper, the process of penetration of kinetic energy projectiles as the main part of two-stage anti-structure warheads in pre-drilled and damaged concrete targets was investigated using theoretical, numerical and experimental methods. Based on the dynamic cavity expansion theory, the study of the penetration of kinetic energy projectiles in pre-drilled concrete targets has been investigated. In this regard, by modifying the Teland model, the estimated damage to the concrete targets, as well as determining the geometric characteristics of the cavity and tunnel created on concrete purpose, then using empirical methods and numerical simulations, the analysis of penetration of leading projectiles with copper liners and cone geometry has been extracted on concrete purpose, tunnel diameter, geometry of the front and back cavity. The results of empirical tests and numerical simulations of the propagation of the propellants in concrete targets indicate the repeatability and proper matching of the two methods. Determining the diameter of the tunnel in damaged concrete targets, the analytical model of the Tandel has been corrected by considering the effects of the front cavity in the penetration process and by applying the damage effects in it, an optimal model for the penetration of kinetic energy projectiles in targets Damaged puncture has been developed. Comparison of the results of the corrective theoretical model with experimental results compared to other analytical models as well as numerical simulations has a good accuracy. The results according to the predictions show that the damage to a concrete target increases the depth of penetration to a significant extent compared to the pre-damaged state.

    Keywords: Forward Projectile, Main Projectile, Damaged Concrete, Penetration Depth, Analytical Model
  • M. A. Hasanzade, M. Habibian* Pages 195-209

    The increasing demand for highly pure crystalline materials with narrow Crystal Size Distribution (NCSD) leads related industries to utilize the Draft Tube Baffle (DTB) Crystallizers. The product Crystal Size Distribution (CSD) significantly alters by enhancing the mixing characteristics inside crystallizer, therefore acquiring a precise vision of hydrodynamics will help in designing and scaling up the DTB crystallizer. There are numerous studies on the flow field in the DTB crystallizers, but none of them investigates the interactions and effects of the internal arrangement of DTB crystallizers. In this study, the optimal configuration of three geometrical parameters (tube diameter, the ratio of tube diameter to baffle diameter, and the width of the annular settlement zone) was obtained by numerical simulation of the flow field in 18 DTB crystallizers. The interaction of parameters was studied by employing the general factorial method. Each crystallizer was divided into five compartments where various results such as the distribution of axial velocity, the turbulent kinetic energy, and streamlines were considered for data analysis. The results demonstrate that the hydrodynamics requirements in each compartment will be satisfied in crystallizer with 17.5 cm tube diameter, the ratio of tube diameter/baffle diameter=0.5, and the width of the annular settlement zone equal to the tube diameter.

    Keywords: Numerical Simulation, Draft Tube Baffle Crystallizer, Experimental Design, Data Analysis, GeneralFactorial Design, Crystal Size Distribution