Validation of a SPH soft soil model for ground impact analysis

Nowadays a particular attention to glider flight, due to its progress growth, brings an accurate study on crashworthy design. A particular attention is dedicated in case of impact against soft soil in which high loads may be transferred to the occupants, with possible fatal occurrences involved. In the numerical framework, the soil modelling development is a very complex task, especially for lumped mass codes, which still are quite extensively used in crashworthiness. The present thesis work is focused on the solution of soil modelling by means of mesh-free based Lagrangian method: the SPH technique originally used for solving complex astrophysical problems in the 70’s and currently the most interesting and accurate technique in impact studies of wide range of applications. The soil model parameters are firstly tuned against a series of experimental drop tests on a soft soil bed, and finally validated against a sailplane mock-up crash landing test which represents the focal aspect for the following work. The numerical models are developed and analyzed with the explicit finite element solver LS-Dyna which is a worldwide recognized as a standard in passive safety analysis for its accuracy, stability and run-time optimization.

Oggigiorno una particolare attenzione nel volo con gli alianti, dovuta alla sua continua popolarità, comporta uno studio accurato nella sicurezza passiva in fase di progetto. Una particolare attenzione è dedicata in caso di impatto su superficie morbida in cui alti carichi possono essere trasferiti agli occupanti comportando talvolta conseguenze fatali. Nell’ambito della modellazione numerica, lo sviluppo di un modello di terreno è un compito assai complicato specialmente per codici a massa concentrata che sono ampiamente utilizzati in ambito della sicurezza passiva. Il presente lavoro di tesi si focalizza sulla soluzione della modellazione di terreno tramite metodo Lagrangiano: il metodo SPH, che originariamente è stato utilizzato per risolvere problemi di astrofisica negli anni 70 e che attualmente risulta essere la tecnica più accurata negli studi di impatto. In primo luogo, i parametri della modellazione del terreno vengono settati a fronte di una serie di prove di caduta sperimentali su superficie morbida, e successivamente validati sulla prova di impatto aliante. Entrambi i modelli matematici sono sviluppati ed analizzati col solutore esplicito ad elementi finiti LS-Dyna che tutt’oggi è ampiamente usato nell’ambito sicurezza passiva per la sua accuratezza, stabilità ed ottimizzazione durante l’esecuzione del codice.