Use of crushable materials for blast load mitigation

The use of crushable materials, in specific, phenolic foam material for blast risk mitigation is analyzed in this thesis. Shock tube facility performing the experiment is introduced and the corresponding results have been shown. Furthermore, the finite element software, ABAQUS is adopted to study the material’s response under high-strain rate compressive loading. The constitutive model of the phenolic foam is deduced from the static compressive tests and other properties are acquired from previous works. Several preliminary models have been carried out before confirming the final numerical model, the influence of different settings in terms of mesh elements, boundary conditions and interaction properties are also analyzed. Then, the result from numerical model simulation is compared with the experimental result indicating the good agreement and reliability of the finite element model. The displacement history output of a specific node is used to make the comparison. In addition, the energy absorption of crushable foam is studied indicating its ability to blast load mitigation and sensitivity analysis is performed regarding to foam prisms’ geometry and material’s density.

Il presente lavoro di tesi studia il comportamento di una schiuma fenolica sottoposta a carichi impulsivi tipici di fenomeni esplosivi. Il tubo d’urto recentemente realizzato al Politecnico di Milano è stato utilizzato per condurre la campagna sperimentale. Il comportamento del materiale a compressione ad alte velocità di deformazione è stato analizzato sia dal punto sperimentale che numerico. Le analisi numeriche sono state condotte con il software commerciale Abaqus/Explicit. I principali parametri necessari per definire il legame costitutivo sono stati ricavati da prove statiche condotte nel laboratorio del Politecnico di Milano. Diverse analisi preliminari sono state condotte per studiare l’influenza del tipo di elementi finiti, delle condizioni al contorno e del tipo di interazione tra pannello balistico e i provini. Il confronto tra le misure sperimentali i risultati numerici, principalmente in termini di spostamento, ha sottolineato la buona capacità del modello numerico nel riprodurre il dato sperimentale e indicando quindi l’affidabilità del materiale “Crushable Foam” presente in Abaqus nel studiare il comportamento di schiume fenoliche. La capacità dissipativa del materiale è stata inoltre analizzata in termini energetici indicando il buon comportamento della schiuma fenolica nel mitigare onde d’urto generate da esplosioni.