تحليل عددي عملكرد بالستيكي الياف بافته شده چند لايه با استحكام بالا و بررسي تاثير اصطكاك بين الياف تحت بار ضربه اي سرعت بالا

Numerical Analysis of Ballistic Behavior of Multi-layer High-strength Woven Fabrics Under High-velocity Impact and Investigation of Inter-yarn Friction Effects

اصطكاك تاثير چشمگيري در عملكرد بالستيك الياف بافته شده دارد. در اين مقاله به بررسي رفتار بالستيكي پارچه هاي بافته شده از جنس تارون در برابر ضربه سرعت بالاي پرتابه استوانه ­اي پرداخته مي­ شود. از روش عددي با استفاده از ديناميك صريح نرم ­افزار ABAQUS در تحليل برخورد سرعت بالا استفاده شده است. بدين منظور براي مدل­سازي الياف آراميد از المان­ هاي جامد سه بعدي و جهت تعيين رفتار ماده، از مدل ماده VUMAT بر مبناي معيار آسيب تنش حداكثر با استفاده از كدنويسي در به زبانFortran استفاده شد. سپس با استفاده از اين مدل تاثير اصطكاك بين تار و پود بر جذب انرژي پرتابه مورد بررسي قرار گرفت. نتايج بدست آمده نشان مي­ دهد مقدار تنش­ها در الياف آراميد به ضريب اصطكاك بين تار و پود بسيار حساس است. افزايش اصطكاك بين الياف آراميد، سبب توزيع انرژي پرتابه بين تعداد بيشتري از نخ ­ها مي­ گردد و اين پخش انرژي باعث افزايش زمان نفوذ پرتابه در اين الياف مي ­شود. الياف آراميد بجز در مدل تك لايه با ضريب اصطكاك بالاتر انرژي بيشتري به نسبت الياف با ضريب اصطكاك پايين­تر جذب مي­ كنند. در اين تحقيق به منظور اعتبار­سنجي مدل از آزمون­ هاي تجربي استفاده شد. ضريب همبستگي بين سرعت باقي­مانده شبيه ­سازي المان محدود و آزمايش تجربي 0/94 مي­ باشد كه نشان­ دهنده ارتباط بسيار نزديك نتايج تجربي و عددي حاضر است.

It is known that friction has a significant effect in determining the ballistic impact performance of woven fabrics. In this paper the ballistic behavior of Twaron Aramid fibers fabrics against high velocity impact of a cylindrical projectile is investigated. Dynamic explicit method using ABAQUS software is utilized to analyze the high-speed impact. For this matter 3D solid elements are used and a VUMAT material model based on maximum stress damage criterion is developed by FORTRAN program. Then using this model, the effects of the friction between yarns on energy absorption of the fabric is investigated. Results indicate that the amount of stress in the fabric is highly sensitive to the friction coefficient between the warp and weft fibers. Increasing the friction between fibers, causes the projectile energy to be distributed among a larger number of threads which increases the penetration time of the projectile in the fibers. In all models, except the case with one layer fabric, higher friction coefficients cause higher energy absorption in the fabric. Moreover, experimental tests were used to validate the model in this project the results have the agreement with the Correlation coeficient determination of 0.94, which verifies the accuracy of the simulation.