Modelação numérica/analítica da performance balística de alvos metálicos

Abstract

A necessidade de desenvolver sistemas de protecção contra ataques de diversos tipos é, cada vez mais, uma questão de segurança pessoal, social e, obviamente, nacional. Estes sistemas e dispositivos podem ser específicos para protecção pessoal, de veículos ou de edifícios. O desenvolvimento tecnológico de sistemas de protecção inovadores permite acompanhar a evolução do tipo, tecnologia e performance das ameaças (armas, projécteis, explosivos, etc.). Consequentemente, é de grande importância que se possam desenvolver meios de avaliação previsiva da capacidade de absorção de impacto dos referidos sistemas de protecção. Estes sistemas devem ser capazes de resistir ao impacto de ameaças específicas. Este trabalho enquadra-se na temática do desenvolvimento de sistemas de protecção contra impacto balístico e do estudo da capacidade de absorção de impacto. Pretende-se avaliar o desempenho balístico de sistemas metálicos de protecção pessoal (armaduras), de edifícios e veículos blindados civis e militares. O principal objectivo do trabalho é desenvolver e implementar modelos analíticos de previsão de penetração em alvos metálicos ultra-leves e proceder à sua validação numérica. As ligas metálicas utilizadas são ligas de aplicação especial balística de Alumínio (AA5083-H32) e Magnésio (AZ31BH24). Nos ensaios realizados analisam-se os danos causados em alvos de Alumínio (AA5083-H32) e Magnésio (AZ31B-H24) e a influência da espessura do alvo, recorrendo a um projéctil ogival de uma munição de calibre 9mm, com uma energia de impacto de 0,616 kJ. Os ensaios foram realizados considerando três modelos distintos: alvo deformável e projéctil rígido, alvo e projéctil deformáveis e incorporando o modelo de dano de Johnson-Cook.

ABSTRACT: The need to develop armour systems to protect against attacks from various sources is increasingly a matter of personal, social and national security. These systems and devices may be specific for personal protection, building or vehicle protection. In order to develop innovative armour and protection systems it is necessary to monitor developments being made on the type, technology and performance of the threats (weapons, projectiles, explosives, etc.) It is, therefore, of great importance the development of evaluation methods that can predict the energy absorption capabilities of such protection systems. These systems must be capable of resisting to the impact of specific threats. Consequently, the work here presented concerns the development of armours and protection systems against ballistic impact and the study of the impact energy absorption capability. The main goal of this work is to evaluate the ballistic performance of metallic systems for personal protection (armours), building protection and civilian and military armoured vehicles. Additionally, analytical and numerical models that predict the depth of penetration (DoP) in ultra-lightweight metallic targets are developed and implemented. The alloys used as targets are the following ballistic alloys: Aluminium (AA5083-H32) and Magnesium (AZ31B-H24). Numerical tests are performed in order to analyse the damage (DoP, stress and strain profiles) caused on Aluminium (AA5083-H32) and Magnesium (AZ31B-H24) targets by an ogival projectile from a 9mm bullet, with an impact energy of 0,618 kJ. These tests are done considering three distinct models: deformable target and rigid projectile, deformable target and projectile and incorporating the Johnson-Cook damage model.