تحليل برخورد زمان‌مند الاستوپلاستيك پرتابه پرسرعت با سطح آب

Elasto-plastic time dependent impact analysis of high speed projectile on water surface

در اين مقاله، برخورد زمانمند الاستوپلاستيك پرتابه پرسرعت با سطح آب به صورت عددي با استفاده از روش اختياري لاگرانژين-اويلرين شبيه سازي شده است. پرتابه يك جامد الاستوپلاستيك در نظر گرفته شده و شبكه آن به صورت لاگرانژين ايجاد شده است. آب نيز يك سيال تراكم پذير فرض شده و شبكه آن با روش اويلرين توليد شده است. در اين تحقيق شبيه‌سازي در سه گام انجام شده است؛ تحليل تنش استاتيكي، ديناميكي و همچنين تحليل برخورد پرتابه با درجات آزادي كامل با سطح آب به روش اختياري لاگرانژين –اويلرين. اثرات تراكم‌پذيري سيال و كاويتاسيون در آناليز آخر لحاظ شده است. به منظور صحه‌گذاري نتايج، انتشار موج تنش ايجاد شده در پرتابه ناشي از برخورد با آب، با نتايج تحليلي مقايسه شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه بيشترين خطا در مقايسه با نتايج تحليلي حدود 5% است. همچنين مقدار بيشينه تنش و مكان/مسير شكست در پرتابه با داده‌هاي آزمايشگاهي مقايسه شده است. تطابق خوب بين مقادير پيش بيني شده و آزمايشگاهي/تحليلي نشان دهنده دقت اين الگوريتم عددي است. برخورد پرتابه با سطح آب با زواياي مختلف نيز شبيه‌سازي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه محدوده ايمن زاويه پرتاب براي پرتابه حاضر °5/0± مي‌باشد.

In this paper, elasto-plastic time dependent impact of high-speed projectile on water surface is simulated numerically using Arbitrary Lagrangian- Eulerian (ALE) method. The projectile is considered as elasto-plastic solid and its mesh is generated by Lagrangian approach. The water is also assumed as compressible fluid so its mesh is produced by Eulerian method. Three steps simulation are performed in this research; static, dynamic stress analysis and also impact analysis of full degrees of freedom (DOF) projectile on water surface using ALE method. The effects of fluid compressibility and cavitation are considered in last analysis. In order to validate results, the stress wave propagation produced in the projectile due to water impact is compared with exact ones. The results show that the maximum error compare with exact ones is 5%. Also the magnitude of maximum stress and location/path of fracture in the projectile are compared with experimental data. The good agreement between the predicted and analytical/experimental values shows the accuracy of this numerical algorithm. The impact of projectile on water surface is simulated with different angles. The results show that the safe zone of impact angle for present projectile is ±0.5°.