Implementação de um Modelo Constitutivo da Liga de Alumínio 5083 na Propagação de uma

147 Pages·2016·3.05 MB·Portuguese

by  André Silva

André Martins Silva

Licenciado em Ciências de Engenharia Mecânica

Implementação de um Modelo
Constitutivo da Liga de Alumínio 5083
na Propagação de uma Onda de
Choque Explosiva

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Mecânica

Orientador: Francisco Figueiredo e Silva da Cunha
Salvado, Investigador, CINAV – Centro de Investigação
Naval

Co-orientador: João Mário Burguete Botelho Cardoso,
Professor Auxiliar, FCT-UNL

Março 2016

Validação de um Modelo Constitutivo na Propagação de uma Onda de
Choque Explosiva
Copyright © André Martins Silva, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade
Nova de Lisboa
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exemplares impressos reproduzidos em papel ou de forma digital, ou por qualquer outro
meio conhecido ou que venha a ser inventado, e de a divulgar através de repositórios
científicos e de admitir a sua cópia e distribuição com objectivos educacionais ou de
investigação, não comerciais, desde que seja dado crédito ao autor e editor.

Agradecimentos

Quero deixar um apreço a todos os intervenientes no processo de realização desta tese e
sem os quais tal não seria possível.
Ao Professor Francisco Figueiredo e Silva da Cunha Salvado e ao Professor João Mário
Burguete Botelho Cardoso quero agradecer a sua total disponibilidade na orientação
deste trabalho, conhecimentos adquiridos através das suas experiências na área e
motivação transmitida ao longo de todo o percurso.
Aos meus amigos Virgílio Duarte, João Pedro, João Pires, Pedro Lopes, Francisco
Rocha e Nádia Oliveira pelo seu apoio incondicional, motivação e inspiração, a eles um
muito obrigado.
Um obrigado a todo o staff do My Spot bar pelo apoio e compreensão demonstrada na
acumulação do trabalho com a realização desta tese.
A toda a minha família, especialmente aos meus pais e aos meus irmãos por todo o
apoio, aprendizagens ao longo da vida e por me terem dado a possibilidade de me
tornar engenheiro. A todos eles o meu muito obrigado com a dedicação deste trabalho

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Resumo

Uma das maiores preocupações da engenharia é garantir a segurança das pessoas face
ao risco, sendo que um dos riscos da actualidade é a exposição à ameaça terrorista,
nomeadamente através de ataques com explosivos. Assim sendo, tornou-se imperativo
reforçar a protecção das diversas infraestruturas ou veículos que possam vir a estar
sujeitas ao efeito da detonação de um explosivo, o que por si já representa um grande
desafio na procura de soluções.
A fim de conhecer melhor a resposta ao impacto explosivo de materiais tipicamente
utilizados na construção de navios e aeronaves foi decidido considerar o comportamento
de uma liga de alumínio naval. Para isso foi realizado um conjunto de ensaios
experimentais que consistiu na exposição de quinze chapas de alumínio aos efeitos da
onda de choque proveniente da detonação de um alto-explosivo, para a qual se variou a
massa do explosivo e a distância entre este e a chapa de alumínio. A detonação dos
explosivos ocorreu em ambiente não confinado.
Para identificar os parâmetros do modelo constitutivo do material e a implementação
da metodologia ALE, presentes no software de elementos finitos LS-DYNA, procedeu-se
à simulação da detonação de um explosivo e à propagação da onde de choque daí
resultante de forma a estudar os efeitos da mesma no impacto com uma estrutura,
tendo sido usados os dados obtidos no ensaio experimental para comparação de
resultados

Palavras-chave: Explosivo; Onda de choque; Alumínio; Simulação do fenómeno
explosivo; Formulação Arbitrária Lagrangiana-Euleriana;

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Abstract

One of the biggest concerns of engineering is to ensure the safety of human life against
several threats, namely the explosive phenomena. This can come accidentally or due to
terrorist attacks. Therefore, it has become imperative to reinforce the protection of
infrastructures, which are exposed to an explosive detonation. This represents a huge
challenge on finding solutions.
An experimental test was performed where fifteen aluminium plates were exposed to
shock waves from high explosive detonations. For each test plate, the explosive mass
and the stand-off distance between explosive and the plate were varied. The detonation
of the explosives occurred in an unconfined environment.
To identify the parameters of the constitutive model and the implementation of ALE
methodology, existent in the finite elements software LS-DYNA, the simulation of an
explosive detonation and the shock wave generated from it were numerically modelled
in order to study its effects on the impact with a structure, using the results obtained
in the experimental test.

Key Words: Explosive; Shock wave; Aluminium; Simulation of explosive
phenomenon; Arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation;

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