Experimental and numerical investigation on a ductile material for crashworthiness simulations

Automobile safety can be divided in two main branches: active safety and passive safety. Active safety reduces the probability of having an accident, while passive safety reduces the level of risk when an accident occurs. In this work passive safety is investigated from the point of view regarding material properties. Crashworthiness is an engineering activity which aims at reducing the severity of impacts and risk of injuries to vehicle’s occupants by controlling the energy transferring mechanism; nowadays vehicle barriers are implemented as an important part of an overall security plan. Numerical simulations are increasingly used in this field as they are an easy way to reproduce real test, while reducing development costs of safe structures. Material characterization is determinant in crash analyses, because the passive security studies are conducted in a time interval of a few milliseconds before and during the impacts, hence involving highly unstable systems and material non linearity. The presented work includes an experimental study and numerical simulations. A hybrid approach combining experimental and numerical results is used to research material non linearity and failure conditions. A complex failure algorithm, GISSMO fracture model, is implemented in the finite element code LS-DYNA. This model is used to accurately predict structural rupture and energy absorption of real components. The material considered is steel S355JR, a material typically used on security barriers.

La sicurezza automobilistica può essere divisa in due rami: sicurezza attiva e sicurezza passiva. La sicurezza attiva riduce la probabilità di avere un incidente, mentre la sicurezza passiva riduce il livello di rischio in caso di incidente. In questo studio la sicurezza passiva è indagata focalizzandosi sulle proprietà dei materiali. La resistenza agli urti è quella parte dell’ingegneria che mira a ridurre la gravità degli impatti e i rischi di lesioni per gli occupanti del veicolo controllando l’energia trasferita; al giorno d’oggi le barriere autostradali sono uno strumento importante di un efficiente piano di sicurezza. Le simulazioni numeriche sono sempre più utilizzate in questo campo in quanto sono un modo per riprodurre test reali, riducendo i costi di sviluppo delle strutture. La caratterizzazione del materiale è determinante nelle analisi degli incidenti, in quanto gli studi di sicurezza passiva sono condotti in un intervallo di tempo di pochi millisecondi prima e durante l’impatto, sono quindi coinvolti sistemi altamente instabili e non linearità dei materiali. Il lavoro presentato comprende uno studio sperimentale e simulazioni numeriche. Un approccio ibrido che combina i risultati sperimentali e quelli numerici viene utilizzato per investigare le non linearità dei materiali e il processo di frattura. Un algoritmo complesso di frattura, il modello GISSMO, è implementato nel codice agli elementi finiti LS-DYNA. Questo modello viene utilizzato per prevedere con precisione la rottura e l’energia assorbita di strutture reali. Il materiale considerato è l’acciaio S355JR, un materiale tipicamente utilizzato per la realizzazione di barriere di sicurezza.