مدل سازي جدايش در برخورد صفحات فلزي با در نظر گرفتن اثر دما، نرخ كرنش و آسيب

Modeling Spall in Impact of Metallic Plates, Considering Effects of Temperature, Strain Rate, and Damage

در اين مقاله تغيير شكل پلاستيك وابسته به دما و نرخ كرنش مواد در آزمايش برخورد صفحات، به كمك روش هاي عددي مورد بررسي قرار گرفته است. هدف از اين مدل‌سازي، استفاده از مدل هاي گوناگون كارسختي، مدول برشي و شكست ديناميكي براي به دست آوردن نزديك‌ترين نتايج به نتايج آزمايشگاهي مي باشد. كاربرد آزمايش برخورد صفحات، بررسي رفتار مواد در نرخ كرنش هاي بالا در حالت ايده‌آل كرنش تك محوره مي باشد. به كمك اين آزمايش مي توان مدل‌هاي ارايه شده گوناگون در زمينه رفتار مواد از قبيل مدل هاي كارسختي و شكست ديناميكي را اعتبارسنجي نموده و برخي ضرايب مادي مورد نياز را استخراج نمود. براي شبيه سازي عددي مساله از روش گسسته‌سازي عددي حجم محدود با ميدان جابجا شده روي مكان و زمان فون نيومن استفاده شده است. همچنين از لزجت مصنوعي به منظور كاهش جهش ناگهاني و غير واقعي در مقادير تنش يا كرنش بين سلول هاي ماده استفاده مي گردد. مدل هاي كارسختي استفاده شده عبارتند از مدل الاستوپلاستيك كامل، جانسون- كوك (JC) و زيريلي-آرمسترانگ (ZA). همچنين از مدل تالر-باچر بهبوديافته نيز براي مدل‌سازي رفتار شكست ديناميكي ماده استفاده شده است. در اين مقاله، در سه مثال اثر تغيير معادله ساختاري كارسختي و مدول برشي بر جدايش، در برخورد صفحه پرتابه و صفحه هدف مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج به دست آمده با نتايج آزمايشگاهي مقايسه شده و همچنين دو روش مدل‌سازي عددي به كمك مدل هاي ديگر مقايسه شده است. از بين مدل هاي بررسي شده در اين مقاله، استفاده از معادله ساختاري JC و مدل شكست تالر-باچر بهبود يافته و رابطه مدول برشي اشتاينبرگ منجر به نتايج دقيق تري شده است.

In this work, the high strain rate, i.e. the dynamic plastic response of materials in the standard plate impact test is numerically studied. To get the results closest to the experimental data available in the literature, different types of hardening as well as dynamic fracture models are employed. With the aid of this standard plate impact test, one can verify the new models in the ideal condition of uniaxial-strain cases. In order to properly model this test to discrete the field, the von-Neumann finite-volume method is utilized. The Jonson-Cook and perfectly elastoplastic hardening models as well as the Zerilli-Armstrong model are used beside the dynamic fracture model of modified Tuler-Butcher to predict the spall phenomenon. In this work, the impacts of two plates (flyer plate and target plate) are analyzed. The simulation results are compared with the experimental data as well as the other numerical results reported in the literature. The results of the present work are in a better correspondence comparing to the experimental data. Among the investigated models, employing the JC constitutive model, accompanying the modified Tuler-Butcher fracture model and Steinberg model for the elastic modulus, gives the most accurate results compared to the other model combinations.