Autor(es):
Clérigo, Ricardo Jorge de Sousa 
Data: 2010
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/2538
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Engenharia mecânica; Protecção balística; Espuma de alumínio; Estruturas em camadas; Absorção de energia
Descrição
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. Mestrado em Engenharia Mecânica
Tipo de Documento
Dissertação de Mestrado
Idioma
Português
Orientador(es)
Teixeira Dias, Filipe Miguel Horta e Vale; Valente, Robertt
