Il metodo degli elementi finiti in versione esplicita per la simulazione di fenomeni di impatto

This work deals with numerical simulation of impact phenomena on thin steel plates. The analysis are performed using the explicit finite element method (FEM), an highly efficient tool to solve non-linear problems of structural dynamics, characterized by a huge number of variables with a very short overall time-scale of the event requiring small time steps for accuracy. We focused our attention on ballistic impact, considering the projectiles as rigid bodies whereas the targets of the simulation are made of elasto-plastic material taking into account its strain-rate and temperature dependence. The simulation allows to remove the elements once they reach a specified level of damage allowing the numerical results to correctly predict the behaviour projectile - plate in agreement with experimental data published by other authors.

Questa tesi verte sulla simulazione numerica di fenomeni di impatto e perforazione riferiti a materiali metallici. Le analisi vengono svolte utilizzando il metodo degli elementi finiti in versione esplicita (Explicit Finite Element Method) sviluppatosi, storicamente, quale strumento di calcolo particolarmente efficiente per risolvere problemi nonlineari di dinamica strutturale, caratterizzati da un elevato numero di variabili (problemi di grande scala) ma definiti su intervalli temporali molto brevi. Le simulazioni più interessanti contenute nel lavoro di tesi riguardano applicazioni balistiche in cui i proiettili sono schematizzati come rigidi mentre gli elementi strutturali target, schematizzati mediante elementi finiti solidi, hanno comportamento costitutivo elastoplastico che tiene conto dell’alta velocità di deformazione; la procedura computazionale adottata prevede la rimozione di elementi finiti fortemente “danneggiati” e ciò risulta essenziale per poter simulare in maniera realistica il completo attraversamento dell’elemento strutturale da parte del proiettile.