Impact damage evaluation in structural components by using different finite element codes

Ballistic impact is gaining nowadays a role, which is important in the assessment of critical mechanical components in the aerospace applications. Although experimental tests have a primary role in such applications, numerical simulations are necessary to improve the awareness in the impact events and to reduce experimental efforts and cost. Although the use of finite element analysis in industrial applications has increased than before, bullet impacts are very difficult and critical to be numerically reproduced, especially for cases which deal with small type of bullet. As a matter of fact, these applications are widespread and seriously dangerous for both human and also mechanical components. Considering these illustrated premises, first, this work provide tensile test simulations by using two different finite element codes such as ABAQUS and LS-DYNA and compare them with experimental test to have good understanding of two finite element software and how they work. Consequently, detailed approach for ballistic impact simulations between a NATO 7.62 projectile and a critical mechanical component will be considered by using two numerical finite element solvers. The two software provide not only different solvers but also different framework. Moreover such complex application strongly depends on several parameters such as constitutive law, failure, strain rate and temperature, which are available inside the software and will be investigated in detail. The comparison will highlight the different approaches and the consistency of the final results will be validated through measurements from experimental tests.

Oggigiorno gli impatti balistici stanno guadagnando un ruolo importante nella progettazione di componenti meccanici critici, in particolare per applicazioni aeronautiche. Sebbene le prove sperimentali abbiano un ruolo primario in queste applicazioni, simulazioni numeriche sono necessarie per migliorare la comprensione fisica degli impatti e ridurre gli sforzi sperimentali e i costi. Sebbene l’uso degli elementi finiti per applicazioni industriali sia già cresciuto, gli impatti balistici rimangono molto difficili e critici da simulare numericamente, in particolare nel caso di proiettili molto piccoli. E’ un dato di fatto che queste applicazioni sono molto diffuse e possono essere particolarmente pericolose sia per esseri umani sia per componenti meccanici. Date queste premesse, per prima cosa il presente lavoro sviluppa simulazioni numeriche di prove di trazione usando due diversi codici agli elementi finite, ABAQUS e LS-DYNA, quindi confronta i risultati ottenuti con prove sperimentali per comprendere in dettaglio come i due codici lavorino. In seguito viene seguita una rigorosa metodologia, volta a realizzare simulazioni numeriche dell’impatto balistico tra un proiettile NATO 7.62 e un componente meccanico. Nel perseguire questo obiettivo entrambi i risolutori saranno utilizzati. I due software non differiscono solo nella modalità di risoluzione del problema numerico, ma anche nella modalità in cui è necessario impostare l’analisi. Inoltre simulazioni numeriche così complesse dipendono fortemente da diversi parametri quali il legame costitutivo, il criterio di cedimento, la velocità di deformazione e la temperatura. Tali dipendenze sono investigate in dettaglio nel presente lavoro. Il confronto tra i due software sottolineerà i differenti approcci e la consistenza dei risultati finali sarà validata attraverso il confronto con misure sperimentali.