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함포탄이 고속으로 선체에 충돌 관통할 때 포탄의 선두부에 발생하는 응력과 변형, 진동 및 가속도의 크기가 어떻게 포탄의 하부 및 신관으로 전달되는지를 이해하기 위해서 충돌 관통 하중을 계산하여 상세 유한요소해석을 수행하였다. 특히, 포탄의 길이 방향으로 전달되는 큰 변형과 충격 가속도가 관통 후 선체 내에서 폭발토록 지연시키는 신관의 기능에 미치는 영향을 평가하였다. 충돌과 동시에 신관이 조기 작동하여 표면에서 폭발하는 경우가 종종 있기 때문이다. 해석 대상인 함포탄은 7종류의 재료인 AISI4340, AISI4340F, gypsum, Al7075-T6, AISI1030, pelt, MC-Nylon으로 구성되며 층상 구조이다. 충돌 하중을 고려한 FEM 기반 최적 설계 기법을 적용하여 부피의 증가 없이 충돌-관통 에너지를 더 효과적으로 흡수할 수 있는 탄체 구조를 제시했다. 최적화된 탄체 내 신관보호 구조에 대해서 변형과 가속도를 유한요소해석으로 계산한 결과 관통 시 신관에 미치는 영향은 미미함을 확인하였다.
To better understand the stresses, deformations, and high vibratory accelerations that occur within piercing bomb structures upon collision with steel ship structures, detailed finite element structural analyses were performed using realistic extreme design impact loads. The piercing bomb under consideration consisted of seven different materials, i. e., AISI4340, AISI4340F, gypsum, Al7075-T6, AISI1030, pelt, and MC-nylon. In particular, the influences of large strain and the impact acceleration along the bomb length on the fuse-protecting structure were investigated to reduce the likelihood of fuse malfunction as a result of transferred impact loads and/or acceleration. By optimizing the shape for compatibility with large impact loads, an improved structural piercing shell design was developed; the design has the same volume, but enhanced strain energy absorption. Accordingly, the strain and acceleration near the fuse-protecting structure were investigated by performing finite element analyses; they were determined to be negligibly small upon piercing impact.
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Optimum Design, Piercing Shell, Impact, FE Analysis, Acceleration
