Efeito de parâmetros da ameaça em alvos metálicos

Abstract

Cada vez mais se torna necessário desenvolver sistemas de protecção contra diversos tipos de ameaças, sejam estas aéreas, terrestres, militares ou civis. A missão dos cientistas é criar e desenvolver sistemas de defesa que sejam eficazes na protecção contra ameaças de diversos tipos, sob várias condições, que sejam confortáveis e cada vez mais leves. Estes investigadores têm que considerar factores como o material, as suas propriedades mecânicas, a sua densidade e composição, os métodos de produção entre muitos outros factores. Neste trabalho procura-se explorar a desempenho balístico de sistemas metálicos para protecção pessoal (armaduras), de edifícios e veículos blindados civis ou militares, analisando a capacidade de absorção de energia do alvo quando sujeito a um impacto balístico. Desenvolve-se um estudo numérico detalhado de alvos que diferem na sua espessura e que estão sujeitos a impacto balístico ortogonal e oblíquo, recorrendo à simulação numérica pelo método dos elementos finitos usando o LS-DYNATM. Apresenta-se a caracterização mecânica dos materiais utilizados neste trabalho, como o Cobre, o Chumbo e o aço Weldox, materiais do projéctil, e a liga de alumínio 5083-H116, material do alvo. No que diz respeito à capacidade de absorção de energia, os resultados obtidos mostram que quanto maior a área deformada pelo projéctil, maior a capacidade de absorção de energia do alvo. O valor máximo de absorção de energia ocorre para um ângulo de impacto de 65º, para o alvo com 20 mm de espessura. Apartir deste ângulo de impacto, a absorção de energia por parte do alvo decresce significativamente, uma vez que não existe perfuração total do alvo. Daí poder concluir-se que o alvo apresenta maior capacidade de absorção de energia desde o momento em que exista perfuração total do alvo. Propõe-se ainda uma curva de desempenho para alvos em liga de Alumínio 5083-H116, em que se define a energia absorvida pelo alvo em função do ângulo de impacto.

ABSTRACT: The development of armour and protection systems against land, air, military or civil threats is each day more important. The purpose of many scientists and researchers is to create and develop protection systems that can be effective against threats of various types, with respect to increasing mobility of the system as well as safety performance. Researchers have to consider several factors, such as the materials involved, their mechanical properties, density and composition, production methods, etc. The ballistic performance of armour systems, either for personal, infrastructure or vehicle protection, is studied in this work, investigating the energy absorption capability of the target subjected to ballistic impacts. Initially, a numerical study was performed on targets that differ in their thickness with either orthogonal or oblique impacts, using finite element analysis and the commercial package LS-DYNATM. The constitutive behaviour of materials such as Lead, Copper or Weldox steel (projectile) and Aluminum alloy 5083-H116 (target) is studied. Obtained results show that the energy absorption capability increases with the increase of the volume of plastically deformed target material. The highest peak of energy absorption occurs when the impact angle is 65º and the thickness of the target is 20 mm. The energy absorption decreases significantly for impact angles above 65º, because there is no full penetration of the target. Additionally, the target absorbs the highest amount of energy when full penetration occurs. In this work, an analytical ballistic performance model is proposed to describe the dependence between energy absorption capability and the impact angle for Aluminum alloy 5083-H116 targets.