Numerical simulation of the ballistic impact and fragmentation of a 7.62mm armour piercing bullet against an ultra high hardness armour steel

Ultra High Hardness Armour (UHHA) steels are commonly used as added protection under the body of the vehicles. An armored car looks like a normal car, but its weight is much higher due to the added material of the armour. The UHHA steels can defeat incoming projectile trough fragmentation of the latter. A numerical simulation can be useful to understand the failure mechanism and to inspect the best armour configuration against a specific threat. The bullet taken into consideration is the 7.62 mm P80 armour piercing bullet. Experimental tests show that the bullet is almost completely fragmented in the impact and the armour fails by shear plugging. Various numerical methods are evaluated trying to recreate the fragmentation of the bullet: solid elements with element erosion, solid elements with node splitting, and the Smooth Particle Hydrodynamics method (SPH). The SPH simulations seem to give better results than the other methods analyzed and seem to recreate correctly the fracture mechanism of the bullet. Further development of this work must include a complete characterization of the armour through material tests. This thesis work has been carried out at GDTech S.A. in Liege (BE).

Ultra High Hardness Armour (UHHA) sono corezze in acciaio comunemente utilizzate come protezione aggiuntiva posizionate sotto la carrozzeria dei veicoli. Un'automobile corazzata ha l'aspetto di un'automobile normale, ma il suo peso è molto più elevato. Un acciaio UHHA può bloccare i proiettili impattanti frammentandoli. Una simulazione numerica può essere utile per comprendere i meccanismi che portano al fallimento della corazza e, successivamente, per valutare la migliore configurazione della corazza contro una specifica minaccia. Il proiettile preso in considerazione è il 7.62 mm P80, un proiettile perforante. Test sperimentali mostrano che il proiettile viene quasi interamente frammentato nell'impatto, e la corazza viene perforata tramite shear plugging. Diversi metodi numerici sono stati valutati nel tentativo di ricreare la frammentazione del proiettile: elementi solidi con erosione degli elementi, elementi solidi con node splitting, e utilizzando la tecnica degli SPH (Smooth Particle Hydrodynamics). Le simulazioni con la tecnica SPH sembrano dare risultati migliori rispetto agli altri metodi analizzati, e smbrano ricreare correttamente i meccanismi di frattura del proiettile. Uno sviluppo ulteriore di questo lavoro deve includere una completa caratterizzazione del materiale dell'armatura attraverso test specifici. Questo lavoro è stato realizzato presso GDTech S.A. di Liegi (BE).