Sviluppo di modelli analitici per la valutazione del danno balistico su bersagli mono e multistrato in ceramico e composito

The main aim of this work is the development of analytical models of ballistic impact against single and multi-layered targets, which are made up of ceramic and composite materials. This physical phenomenon is complex, due to issues, such as the material failure and the interface interaction mechanisms between the materials. An analytical approach seems particularly effective since it provides predictions of target damage and failure mechanisms. The outputs of the analytical model can be used as input variables of the numerical models and for comparisons with experimental results. The goal of this work is therefore the development of analytical models that deal with different types of projectiles and various kinds of targets (ceramic and composites, single and layered plates). Such models are formulated in order to predict trends of the velocity of the projectile, depth of penetration and forces involved. These models will be compared and validated with both finite element numerical simulations and shooting tests. The match between the three approaches results positive and this gives consistency to the analytical models developed.

Il presente lavoro di tesi si prefigge l’obiettivo di sviluppare dei modelli analitici per lo studio dell’impatto balistico su bersagli mono- e multi-strato in ceramico e composito. Questo fenomeno fisico è piuttosto complicato, dal momento che entrano in gioco varie problematiche, quali ad esempio la frattura del materiale e i meccanismi di interazione all’interfaccia tra i materiali. Un approccio analitico risulta particolarmente efficace, poiché permette di avere una stima preliminare dei danni e delle modalità di cedimento del bersaglio. I risultati dei modelli analitici possono poi essere utilizzati come input o per il confronto con modelli numerici e risultati sperimentali. Lo scopo di questo lavoro di tesi è pertanto lo sviluppo di modelli analitici che siano in grado di trattare qualsiasi forma di proiettile, adatti a qualunque tipo di bersaglio costituito da una o più lastre in ceramico e composito, che possano prevedere l’andamento di velocità del proiettile, profondità di penetrazione nel bersaglio e forze scambiate. Tali modelli vengono poi confrontati e validati con simulazioni numeriche ad elementi finiti e con prove di sparo effettuate da altri autori. Il riscontro tra i tre approcci è piuttosto buono e conferma la consistenza dei modelli sviluppati.