Resposta dinâmica de alvos com núcleos de espuma revestida

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 investigadores é criar e desenvolver sistemas de defesa que sejam eficazes na protecção contra ameaças de diversos tipos, sob várias condições e 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 verificar os efeitos do impacto de um projéctil em alvos constituídos por estruturas sandwich usando como núcleo, espumas de alumínio revestidas com níquel. Desenvolve-se um estudo numérico detalhado onde se alteram parâmetros como a configuração geométrica dos alvos, a porosidade e revestimento das espumas de alumínio, utilizando a ferramenta de simulação LS-DynaTM, baseada no método dos elementos finitos. Apresentam-se as características dos materiais usados nas simulações e os procedimentos efectuados durante a construção dos vários modelos numéricos. Os resultados mostram que todos os ensaios numéricos realizados coincidem com os experimentais. Conclui-se que a espuma de 30 ppi é mais eficaz que a de 10 ppi, que o revestimento de níquel aumenta a capacidade de absorção de energia, e que a estrutura sandwich com três camadas de espuma envoltas em quatro placas de blindagem distribui a força sofrida de uma forma radial e uniforme. Observa-se que não existe destruição total de nenhum dos alvos testados, e verifica-se também que o aumento da velocidade de impacto do projéctil de vmin = 300 m/s para vmax = 525 m/s piora o desempenho do alvo em 3%. Finalmente são realizadas simulações onde se substitui o projéctil esférico por fragment simulating projectiles (FSP) de diferentes dimensões. É registada a velocidade e energia necessárias para cada um dos FSP penetrar o alvo na sua totalidade.

ABSTRACT: Nowadays, it becomes more and more necessary to develop protection systems against different types of threats that may come from the air, land, military or civilian. The investigators mission is to develop defense systems that are effective on protecting people from those threats, and also lighter and more comfortable. These investigators must take in consideration parameters such as materials, their mechanical properties, densities, composition, and production methods among many others. The objective of this work is to verify the effects of ballistic impacts of projectiles in sandwich structures with nucleus made of aluminum foam coated with nickel. A detailed numerical study is developed recurring to the finite element method based software LS-DynaTM, where parameters like geometric configuration, density of the foam, coating, are altered, and shown the influence of those variables to the energy absorption capability of the structure. The results obtained numerically are in good agreement with the experimental ones. It is possible to conclude that the most dense foam (30 ppi) is more effective than the 10 ppi one, the nickel coating improves energy absorption, and the usage of three layers of foam and four sheets of aluminum distributes the energy in a more uniform and radial way. It can also be verified that increasing the velocity of the projectile from vmin = 300 m/s to vmax = 525 m/s affects the performance of the target in 3%. Finally, simulations are made replacing a sphere shaped projectile with different size fragment simulating projectiles (FSP) and is shown the necessary velocity and energy given to these types of projectiles to fully penetrate the target.