مطالعه تجربی و عددی برخورد مرمی به صفحه فلزی با استفاده از معیار آسیب نرم هوپیوترا

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسنده

استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

صفحات فلزی فولادی و آلومینیومی و هم‌چنین کامپوزیت‌ها کاربرد بسیار زیادی در صنایع نظامی و هوا‌‌‌‌فضا داشته، حفظ ایمنی آن‌ها در برابر گلوله‌ها و مرمی‌ها و پیش بینی ناحیه آسیب دیده در اثر برخورد گلوله یا مرمی یکی از چالش‌های مهندسین و محققین است. در این پژوهش ابتدا، با استفاده از روش اجزاء محدود، مکانیک آسیب و معیار آسیب نرم هوپیوترا موجود در نرم‌افزار آباکوس، اثر برخورد مستقیم مرمی به یک صفحه آلومینیومی مورد استفاده در صنایع نظامی شبیه‌سازی شده و نتایج به صورت عددی حاصل می‌گردد. سپس، تاثیر زاویه برخورد مرمی به صفحه بر روی مساحت و عمق ناحیه آسیب دیده مورد بررسی قرار می‌گیرد. به منظور اعتبارسنجی نتایج، آزمایش شلیک مرمی به صفحه آلومینیومی تحت زوایای مربوطه به صورت عملی انجام شده و نتایج حاصله با نتایج شبیه‌سازی مقایسه می‌گردد. مقایسه نتایج عددی و تجربی آشکار می‌کند که شبیه‌سازی‌ها از دقت مناسبی برخوردار می‌باشند. بنابراین، نتیجه‌گیری می‌شود که معیار آسیب نرم هوپیوترا به خوبی قادر است ناحیه تخریب شده و شکست را در حالت‌های تغییرشکل با نرخ کرنش بالا پیش‌بینی نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] G. I. Taylor, The use of flat-ended projectiles for determining dynamic yield stress I. Theoretical considerations, Proceedings of Royal Society of London, England, Vol. 194, pp. 289–299, 1948.

[2] G. H. Jonas, J. A. Zukas, Mechanics of penetration: analysis and experiment, International Journal of Engineering Science, Vol. 16, pp. 879-903, 1978.

[3] T. Belytschko, J. I. Lin, A three-dimensional impact-penetration algorithm with erosion, International Journal of Impact Engineering, Vol. 5, pp. 111-127, 1987.

[4] K. S. Holian, B. L. Holian, Hydrodynamic simulations of hypervelocity impacts, International Journal of Impact Engineering, Vol. 8, pp. 115-132, 1989.

[5] R. W. Meier, Effect of parametric variations of complex target on damage from projectile impact, International Journal of Impact Engineering, Vol. 10, pp. 375-387, 1990.

[6] P. C. Chou, J. Hashemi, A. Chou, H. C. Rogers, Experimentation and finite element simulation of adiabatic shear bands in controlled penetration impact, International Journal of Impact Engineering, Vol. 11, pp. 305-321, 1991.

[7] W. P. Schonberg, J. A. Peck, Parametric study of multi-wall structural response to hypervelocity impact by non-spherical projectile, Computers and Structures, Vol. 49, pp. 719-745, 1993.  

[8] S. T. Jenq, H. S. Jing, C. Chung, Predicting the ballistic limit for plan woven glass-epoxy composite laminate, International Journal of Impact Engineering, Vol. 15, pp. 451-464, 1994.

[9] D. Nandlall, K. Williams, R. Vaziri, Numerical simulation of the ballistic response of grp plates, Composites Science and Technology, Vol. 58, pp. 1463-1469, 1998.

[10] G. R. Kruse, W. R. Mendes, W. J. Sommers, R. A. Weed, K. D. Nash, D. V. Mayo, Testing and simulation of microderbris from impact with complex targets, International Journal of Impact Engineering, Vol. 23, pp. 489-500, 1999.

[11] M. Lee, A numerical comparison of the ballistic performance of unitary rod and segmented-rods against stationary and moving oblique plates, International Journal of Impact Engineering, Vol. 26, pp. 399-407, 2001.

[12] T. Borvik, O. S. Hopperstad, T. Berstad, M. Langseth, perforation of 12mm thick steel plates by 20mm diameter projectiles with flat, hemispherical and conical noses Part II: numerical simulations, International Journal of Impact Engineering, Vol. 27, pp. 37-64, 2002.

[13] J. Guo, G. Shi, Y. Wang, C. Lu, Efficient modeling of panel-like structures in perforation simulations, Computers and Structures, Vol. 81, pp. 1-8, 2003.

[14] J. Gu, J. Xu, Finite element calculation of 4-step 3-dimentional braided composite under ballistic perforation, Composites: Part B Engineering, Vol. 35, pp. 291-297, 2004.

[15] D. R. Scheffler, Modeling non-eroding perforation of an oblique aluminum target using the eulerian CTH hydrocode, International Journal of Impact Engineering, Vol. 32, pp. 461-472, 2005.

[16] X. Teng, T. Wierzbicki, Evaluation of six fracture models in high velocity perforation, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 73, pp. 1653-1678, 2006.

[17] W. Song, J. Ning, J. Wang, Normal impact of truncated oval-nosed projectiles on stiffened plates, International Journal of Impact Engineering, Vol. 35, pp. 1022-1034, 2008.

[18] K. Rashid, A. R. Abu, M. K. Sun, Predicting mesh-independent ballistic limits for heterogeneous targets by a non-local damage computational framework, Composites: Part B, Vol. 40, pp. 495-510, 2009.

[19] M. A. Iqbal, G. Gupta, N. K. Gupta, 3D numerical simulations of ductile targets subjected to oblique impact by sharp nosed projectiles, International Journal of Solids and Structures, Vol. 47, pp. 224-237, 2010.

[20] B. Babaei, M. Shokrieh, K. Daneshjou, The ballistic resistance of multi-layered targets impacted by rigid projectiles, Material Science and Engineering, Vol. 530, pp. 208-217, 2011.

[21] B. L. A. Kidane, G. Ravichandran, M. Ortiz, Verification and validation of the optimal transportation meshfree(OTM) simulation of terminal ballistics, International Journal of Impact Engineering, Vol. 42, pp. 25-36, 2012.

[22] L. Kachanov, Time of the rupture process under creep conditions, Izv. Akad. Nauk. SSR., Vol. 8, pp. 26-311, 1958.

[23] J. Chaboche, P. Lesne, A non-linear continuous fatigue damage model, Fatigue Fracture Engineering Material Structures, Vol. 11, pp. 1-17, 1988.

[24] J. Lemaitre, A course on damage mechanics, First Edition, Berlin: Springer Verlag, 1992.

[25] H. Hooputra, H. Gese, H. Dell, H. Werner, A comprehensive failure model for crashworthiness simulation of aluminum extrusions, International Journal of Crashworthiness, Vol. 9, pp. 449-463, 2004.

[26] Q. Wang, W. F. Gail, R. W. Johnson, Mechanical properties and microstructural investigation of lead free solder, Auburn University, 2005.