مطالعه تجربي و عددي برخورد مرمي به صفحه فلزي با استفاده از معيار آسيب نرم هوپيوترا

Experimental and Numerical Study of Projectile Impact to Sheet Metal, using Hooputraʹʹs Ductile Damage Criterion

صفحات فلزي فولادي و آلومينيومي و هم‌چنين كامپوزيت‌ها، كاربرد بسيار زيادي در صنايع نظامي و هوا‌‌‌‌فضا داشته، حفظ ايمني آن‌ها در برابر گلوله‌ها و مرمي‌ها و پيش بيني ناحيه آسيب ديده در اثر برخورد گلوله يا مرمي، يكي از چالش‌هاي مهندسان و محققان است. در اين پژوهش ابتدا، با استفاده از روش اجزا محدود، مكانيك آسيب و معيار آسيب نرم هوپيوترا موجود در نرم‌افزار آباكوس، اثر برخورد مستقيم مرمي به صفحه آلومينيومي مورد استفاده در صنايع نظامي شبيه‌سازي شده، نتايج به صورت عددي حاصل مي‎شود. سپس، تاثير زاويه برخورد مرمي به صفحه روي مساحت و عمق ناحيه آسيب ديده، مورد بررسي قرار مي‌گيرد. به منظور اعتبارسنجي نتايج، آزمايش شليك مرمي به صفحه آلومينيومي تحت زواياي مربوطه، به صورت عملي انجام شده، نتايج حاصله با نتايج شبيه‌سازي مقايسه مي‎شود. مقايسه نتايج عددي و تجربي، آشكار مي‌كند كه شبيه‌سازي‌ها از دقت مناسبي برخوردار هستند؛ بنابراين، نتيجه‌گيري مي‌شود كه معيار آسيب نرم هوپيوترا، به خوبي قادر است ناحيه تخريب شده و شكست را در حالت‌هاي تغييرشكل با نرخ كرنش بالا پيش‌بيني كند.

Steel and aluminum sheet metals, and also composites have vast application in the military and aerospace industries, keeping the safety of those against balls and projectiles, and prediction of damaged zone affected by ball or projectile impact is one of the challenges of engineers and researchers. In this research, first, using the finite element method, damage mechanics, and Hooputraʹs ductile damage criterion existed in the ABAQUS software, effect of direct impact of projectile to an aluminum plate applied in the military industries is simulated and the results are numerically achieved. Then, the effect of oblique angle of projectile impact to the plate, on the area and depth of the damaged zone is investigated. In order to validate the results, the projectile shooting test into the aluminum plate under the corresponding angles is practically carried out and the obtained results are compared with the simulation results. Comparison of the numerical and empirical results reveals that the simulations are in good accuracy. Hence, it is concluded that the Hooputraʹs ductile damage criterion can well predict the failure and fracture zone in the high strain rate deformations.