بررسي تجربي و عددي عملكرد كامپوزيت پلي اتيلن با جرم ملكولي بالا در مقابل برخورد پرتابه با سرعت بالا

Ballistic Performance Analysis of Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) Composite

الياف پلي اتيلن با جرم ملكولي بالا از قوي­ ترين و سبك ترين الياف موجود هستند كه به طور گسترده در كاربرد‌هاي بالستيك با عملكرد بالا استفاده مي­ شود. با وجود پيشرفت زياد توان محاسباتي در سال­هاي اخير، به دليل پيچيدگي رفتار شكست الياف اين كامپوزيت در اثر ضربه، محاسبات دقيقي براي شناسايي آسيب اين الياف انجام نشده است. در اين پژوهش با استفاده از پيشرفته‌ترين روش مدل­سازي المان محدود كامپوزيت­ها (آباكوس- صريح) براي مطالعه رفتار الياف اين كامپوزيت در اثر برخورد پرتابه با سرعت بالا استفاده شده است. براي پوسته و تقويت كننده‌ها از المان جامد و براي تعيين رفتار ماده از معيار آسيب هاشين سه بعدي استفاده شده است. به دليل عدم وجود اين معيار در نرم­افزار آباكوس و اهميت استفاده از آن، اين معيار توسط زيربرنامه وي­يومت و كدنويسي در محيط فرترن به قابليت آباكوس اضافه شده است. نمودار‌هاي تغيير سرعت و وقوع و گسترش خرابي گزارش شده­اند. براي ارزيابي و اعتبارسنجي اين روش، 6 نمونه پنل كامپوزيتي پلي اتيلن با جرم ملكولي بالا به ترتيب با تعداد 20 و 45 لايه ساخته شد و اين پنل‌هاي كامپوزيتي مورد برخورد پرتابه سرعت بالا با سرعت‌هاي مختلف قرار گرفتند. در ادامه نتاج حاصل از شبيه سازي با نتايج تجربي مقايسه شد كه نتايج حاصل از شبيه­ سازي توافق بسيار خوبي را با نتايج تجربي نشان مي‌دهند.

Ultra-High molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibers are among the strongest and lightest fibers available and are widely used in high-performance ballistic applications. Despite the great advancement of computational analysis in recent years, precise calculations have not been performed to identify the failure of these fibers due to the complexity of the material behavior to impact. In this research, using the most advanced finite element modeling method of composites (Abaqus-Explicit) has been used to study the composite behavior of these fibers subjected to high-velocity projectile impact. Fiber and matrix are designed using solid elements and 3D Hashin failure criterion was used to determine the behavior of the material. Since this criterion is not available in Abaqus, the VUMAT subroutine has been used to implement this criterion. Velocity diagrams and damage evaluation have been reported. To evaluate and validate this method, six samples of Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) Composite panels, consisting of 20 and 45 layers, respectively, were experimentally studied by high-velocity projectiles at different velocities. The simulation results are in good agreement with the experimental results.