The dynamic response of blast loaded composite structures

This thesis presents a comprehensive study on the blast response of fiber-reinforced composite plates, with a specific focus on the influence of fluid-structure interaction (FSI). The objective of the work is to acquire a deeper understanding of the blast response mechanisms of this class of materials and assess the impact of FSI on their structural behavior during explosions. In fact, the increase in the utilization of fiber-reinforced composites in many fields, have exposed them to potential explosion risks. The study starts from the experimental results presented in the work of Gargano et al. [1], where the blast response of two types of fiber reinforced composites, Carbon-Polyester and Carbon-Vinyl Ester laminates, have been tested. Then, finite element analysis have been performed through the Abaqus software, by using the uncoupled simulation approach with the ConWep tool and the coupled simulation approach with the Coupled Eulerian-Lagrangian method. The results obtained have then been compared with the experimental ones, in terms of displacement and damage. The coupled approach, which considers FSI, allows for a more accurate representation of the fluid-structure interaction and its influence on the resulting pressure load generated by the explosion. However, it should be noted that the coupled approach is also extremely computational expensive and therefore very time-consuming. The findings of the study shows that the uncoupled approach provides a better representation of the behavior of the material in terms of maximum displacement, but the coupled approach is more accurate in representing the time-displacement curve. A future work can improve the coupled model in order to increase its accuracy due to its high potentials in evaluating the effects of the FSI.

In questa tesi viene presentato uno studio riguardante la risposta alle esplosioni di piastre in fibra di carbonio, focalizzandosi in particolare sull’interazione tra fluido e struttura. L’obbiettivo è quello di comprendere nel dettaglio il comportamento di questa classe di materiali, e stabilire quanto sia rilevante l’influenza dell’interazione tra fluido e struttura. Infatti, l’uso sempre più frequente dei materiali compositi in svariate applicazioni ha fatto sì che questi siano sempre più frequentemente soggetti al rischio di esplosioni. Lo studio svolto inizia considerando i risultati sperimentali presentati nel lavoro di Gargano [1], dove è stata studiata la risposta alle esplosioni di due tipologie di materiale composito, carbonio-poliestere e estere di carbonio-vinile. Successivamente è stata svolta un’analisi ad elementi finiti tramite il software Abaqus, utilizzando l’approccio disaccoppiato tramite il tool ConWep, ed un’analisi con l’approccio accoppiato con il metodo Euleriano-Lagrangiano. I risultati ottenuti sono stati poi confrontati con quelli sperimentali in termini di spostamento e danneggiamento. L'approccio accoppiato permette di considerare l’interazione tra fluido e struttura e la sua influenza sull’onda di pressione generata dall’esplosione, tuttavia quest’ultimo è anche molto oneroso dal punto di vista computazionale, e completare un’analisi richiede quindi molto tempo. I risultati dello studio mostrano che tramite l’approccio disaccoppiato è possibile ottenere risultati più precisi in termine di massimo spostamento della struttura, tuttavia l’approccio accoppiato è più accurato nel rappresentare la curva tempo-spostamento. In lavoro futuro è possibile migliorare il modello accoppiato per aumentare la sua precisione, per sfruttare le potenzialità di questo modello nel valutare l’interazione tra fluido e struttura.