تاثير كاربرد سازه هاي بتني مسلح به الياف فولادي تحت نفوذ پرتابه هاي سرعت بالا

The Effect of Steel Fiber Reinforced Concrete Panel Under the Penetration of High-Speed Projectile

در اين مقاله به مدلسازي فرآيند نفوذ پرتابههاي، سرعت بالا با سر نفوذگر نيم كروي، تخت و اجايو در بتن مسلح به الياف فولادي پرداخته شده است. در شبيه سازي عددي از كد صريح و غير خطيLS-DYNA با روش حل لاگرانژي و بهصورت تقارن محوري استفاده شده است. پرتابه ها با جرم تقريبي 45 گرم با سرعت بالاي در حدود 2500 متر بر ثانيه به اهداف بتني كه با الياف فولادي با درصدهاي حجمي 1، 1/5 و 2 درصد مسلح شدهاند نفوذ ميكنند. در اين مقاله براي پيشگويي دقيق رفتار پرتابه فلزي و بتن اليافي در سرعتهاي بارگذاري خيلي بالا، از مدل مادهElastic–Plastic Hydrodynamic و براي ارتباط بين كرنش حجمي، تنش هيدرواستاتيكي و مدول بالك در سرعت هاي بالا از معادله حالت ماي گرونايزن استفاده شده است. پس از صحت فرآيند شبيه سازي با كار آزمايشگاهي، نتايج نشان ميدهد كه پرتابههاي با سر نفوذگر اجايو كه فاكتور تيزي سر پرتابه پاييني دارد با سرعت باقيمانده بيشتري از اهداف خارج ميشود و كارآيي آنها در نفوذ بهتر ميباشد. به عبارت ديگر با افزايش نسبت طول به قطر پرتابه از 0/5 به 0/9، براي پرتابههايي به ترتيب به شكل تخت، نيم كروي و اجايو، سرعت باقيمانده افزايش مييابد. همچنين با افزايش درصد حجمي الياف فولادي در ماتريس بتن ميزان تخريب سطح ناحيه رويي و زيرين بتن اليافي كاهش مييابد. اثر تيزي سر پرتابه و نسبت طول به قطر پرتابه بر روي راندمان بالستيكي پرتابه و همچنين تاثير استفاده از الياف فولادي در بالا بردن راندمان پانل بتني كه يكي از اهداف پدافند غيرعامل است، از نوآوري هاي مهم تحقيق حاضر مي باشد.

In this paper, modeling of high speed projectiles with different nose shapes, penetrating into steel fiber reinforced concrete is investigated. Numerical simulation is used using LS-DYNA cod capabilities with Lagrangian method and axial symmetry form. The projectiles have an approximate mass of 45 (gr) and their velocities are about 2500 (m/s) penetrating into steel fiber reinforced concrete panel with volume fraction of 1.0%, 1.5% and 2.0%. In this article the exact behavior of steel fiber reinforced concrete confronting metallic projectiles at high speed is predicted. Here, Elastic-Plastic Hydrodynamic material model is used for prediction of projectile behavior. Also, the Mie-Gruneisen state of equation is employed for the relationship between the volumetric strain, hydrostatic stress and modulus of bulk at high velocity. The results of the simulations are compared with experimental work of other investigators and, the results show that ogive nose projectiles are more efficient than other projectiles. In other words, by increasing the projectile length to diameter ratio from 0.5 to 0.9, for flat, hemispherical and ogive projectiles their residual velocities are increased. Also, it is shown that by increasing the volume fraction of steel fibers in concrete matrix, damage of top surface damage is reduced dramatically. The most important innovations of the present study is effect the steepness and length to diameter ratio projectile on the ballistic performance of the projectile and the effectiveness of use of steel fibers in concrete panels that increase the efficiency of passive defense.