Calculation of ballistic limit of thick section composite by punch shear based penetration model

Understanding of ballistic impact of laminated fiber reinforced composites is of interest in military, aerospace, marine and civilian structures. Recent advances in the field of numerical simulation provide a means of predicting the performance characteristics of layered materials for impact protection. The overall objective of this work is to investigate the behaviour of laminated composites subjected to quasi-static, high velocity impact, calculation of ballistic limit both from an experimental and numerical modeling view point and to calculate the ballistic limit of the composite using QS-PST method. To analyse this problem a series of quasi-static punch test with different Span ratio have been conducted and ballistic impact test with a series of impact velocities have been conducted to determine the ballistic limit of the specimen. The specimen that we selected was Kevlar 29 composite with woven architecture, because which provides good protection against ballistic impacts. To analyse the perforation mechanism, ballistic limit and damage evolution an explicit threedimensional finite element code LS-DYNA is used, selecting proper material model and contact definition is one of the major criteria for the accurate numerical simulation. Material model 58 (MAT_58), an elastic damage model which based on Hashin’s criteria has been assigned to predict the failure of the laminate. Selecting this material model is based on the literature reviews, suitability to woven composites and due to the unavailability of MAT_161, which is the specific for ballistic impact simulations. The laminates and the impactor are meshed using Thick shell elements with 0.5 mm width. Calculation of ballistic limit using QS-PST was another major aspects of this thesis, because it helps to find out the ballistic limit of a specimen without doing complex ballistic test

La comprensione dell'impatto balistico dei materiali compositi rinforzati con fibre laminate è di interesse per i militari, strutture aerospaziali, marine e civili. I recenti progressi nel campo della simulazione numerica fornire un mezzo per prevedere le caratteristiche prestazionali dei materiali stratificati per l'impatto protezione. L'obiettivo generale di questo lavoro è studiare il comportamento dei materiali compositi laminati sottoposto a impatto quasi statico, ad alta velocità, calcolo del limite balistico sia da un punto di vista di modellazione sperimentale e numerica e per calcolare il limite balistico del composito usando il metodo QS-PST. Per analizzare questo problema una serie di test di punch quasi statici Sono stati condotti diversi rapporti di Span e test di impatto balistico con una serie di impatti sono state condotte velocità per determinare il limite balistico del campione. L'esemplare che abbiamo selezionato era Kevlar 29 composito con architettura tessuta, perché ciò fornisce un buon risultato protezione dagli impatti balistici. Analizzare il meccanismo di perforazione, il limite balistico e l'evoluzione del danno è una tridimensionale esplicita viene utilizzato il codice degli elementi finiti LS-DYNA, selezionando il modello di materiale appropriato e il contatto definizione è uno dei criteri principali per l'accurata simulazione numerica. Modello materiale 58 (MAT_58), è stato assegnato un modello di danno elastico basato sui criteri di Hashin per prevedere il fallimento del laminato. La selezione di questo modello di materiale si basa sulla letteratura recensioni, idoneità ai materiali compositi e alla indisponibilità di MAT_161, che è lo specifico per le simulazioni di impatto balistico. I laminati e il dispositivo di simulazione sono ingranati usando Elementi di guscio spessi con larghezza di 0,5 mm. Il calcolo del limite balistico usando QS-PST era un altro aspetti principali di questa tesi, perché aiuta a scoprire il limite balistico di un campione senza facendo una prova balistica complessa