تحليل عددي نفوذ گلوله به مخزن حاوي سوخت و مقايسه با روش تجربي

Numerical simulation of projectile penetration on fuel filled tank and comparing with experimental method

در اين تحقيق، اثرات برخورد گلوله به يك مخزن سوخت با استفاده از روش المان محدود مورد بررسي قرار گرفته و با نتايج تجربي مقايسه شده است. در اثر نفوذ گلوله يك فشار داخلي بزرگ از جانب سوخت به ديوارهاي مخزن وارد مي آيد كه به نوبه خود مي تواند آسيب هاي ساختاري شديدي را به آن متحمل سازد. مسئله برهم‌كنش سازه و سيال در نظر گرفته شده با استفاده از ديدگاه اويلري-لاگرانژي و توسط نرم‌افزار ال‌اس‌داينا حل شده است. مقايسه نتايج به دست آمده از شبيه‌سازي‌هاي انجام شده با نتايج تجربي نشان داده است كه نرم‌افزار ال‌اس‌داينا با دقت مناسبي قادر است تا فازهاي مختلف برخورد را مدل‌سازي نمايد. در تحقيقات پيشين انجام شده بيشتر مرحله نفوذ گلوله و فاز كاويتاسيون به صورت عددي شبيه سازي شده است. در اين تحقيق كليه مراحل شامل نفوذ گلوله، فاز كاويتاسيون، تنش هاي وارده به مخزن و خروج گلوله بررسي شده است. مقايسه كانتورهاي تنش ون‌ميسز ديواره‌هاي مخزن خالي و مخزن حاوي سيال نشان از ازدياد 30 درصدي ماكزيمم تنش ون‌ميسز ايجاد شده در ديواره مخزن حاوي سيال نسبت به مقدار آن در مخزن خالي دارد. همچنين در اين پژوهش علاوه بر آنچه در پژوهش‌هاي عددي قبل انجام شده است، مد خرابي مخزن حاوي مايع بصورت عددي تعيين شده است. نتايج عددي نشان مي‌دهند كه به دليل وجود تنش‌هاي وارد شده از جانب سيال بر جداره‌هاي مخزن حاوي سيال، مد خرابي ايجاد شده در آن با مد خرابي مخزن خالي كاملا متفاوت است.

In this study, the effects of impact of a projectile on a fuel tank are studied using the finite element method and compared with experimental method. Due to penetration of the bullet into the tank, large internal pressures from the fluid are imposed on the tank's walls which can damage it. The considered fluid structure interaction (FSI) problem is solved in an Eulerian-Lagrangian reference frame by using the LS-Dyna software. By comparing of the results obtained from the simulations and the experimental data, it can be seen that the LS-Dyna software is able to model the different phases of event accurately. In previous researches mostly the penetration and cavitation phases are investigated numerically. In this paper all phases namely penetration, cavitation, stresses applied to tank’s walls and bullet exit are investigated. The comparison between the Von Mises stress of walls in the fluid-filled tank and the empty one signifies 30 percent growth of the maximum Von Mises stress in the wall of the fluid-filled tank compared to the walls of the empty tank. Also in addition to what has been done in previous numerical works, the failure mode of fluid-filled tanks are determined numerically. The numerical results show that because fluid-filled tank walls are pre-stress due to the fluid shock waves, the failure mode of fluid-filled tank is quite different with the failure mode of the empty one.