Analisi delle condizioni di impatto balistico su di un comopnente elicotteristico

This thesis is an answer to the need to find and verify a numerical model fitting ballistic experimental tests carried out on an aluminum alloy shaft impacted by NATO 7.62 bullets. Intent of this work is also to explain the behavior of the projectile. This work is part of a larger project under development by the Mechanical department of Politecnico di Milano, finalized to verify the ballistic requirement of a tail rotor component of an helicopter manufactured by a sector leading company. This condition requires that the impact of a NATO 7.62 bullet on the component doesn’t cause a catastrophic damage leading to the loss of the machine, which instead must be able to return to the base. In particular, dynamics regarding the exterior and terminal ballistic were studied in order to highlight all the most influential parameters of the physics of the problem, and to calculate the values with which they occur. Then, the models to characterize the projectile and target material behavior were studied, especially at high strain rates. It was decided, following the latest publications, to treat the projectile as a deformable body. The final finite element problem was then compared with experimental tests performed at the shooting range of a famous company. All numerical simulations were effectuated using commercial finite elements software ABAQUS/Explicit.

Il presente lavoro di tesi nasce come risposta alla necessità di realizzare e verificare un modello numerico che sia in grado di rappresentare al meglio le prove sperimentali d’impatto balistico effettuate su cilindri cavi in lega leggera d’alluminio colpiti da proiettili NATO calibro 7.62 mm, cercando nel contempo di chiarire i risultati ottenuti con le suddette prove. Questo lavoro rientra in un più ampio progetto in corso di sviluppo da parte del dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano, atto a verificare il requisito balisitico di un componente del rotore di coda di un elicottero prodotto da un’industria leader nel settore. In particolare, l’attività si incentra sulla considerazione che la campagna di prove sperimentali ha prodotto, a pari condizioni iniziali, dei danneggiamenti sui provini caratterizzati da una variabilità non trascurabile in termini di dimensione e morfologia e, cosa ancora più importante, non previsti e non facilmente prevedibili con i modelli analitici sviluppati finora. Si è reso così necessario ricercare l’origine di tale variabilità attraverso un’estesa campagna numerica che studiasse le dinamiche riguardanti la balistica esterna e terminale di un impatto. E' stato inoltre necessario analizzare i modelli che caratterizzano il comportamento del materiale del bersaglio e del proiettile, specie alle alte velocità di deformazione. In questo lavoro di tesi si è infatti deciso, per meglio comprendere e spiegare la natura e la tipologia dei danni ottenuti nelle prove balistiche ed a seguito di una serie di osservazioni incontrate in bibliografia ed estendibili al problema affrontato, di trattare il proiettile come un corpo deformabile. Il modello numerico definitivo è stato quindi validato attraverso il confronto con le prove balistiche effettuate presso il poligono di una nota azienda del settore. Tutte le simulazioni numeriche sono state effettuate utilizzando il software commerciale per analisi ad elementi finiti ABAQUS/Explicit.