مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل عددی نفوذ گلوله به مخزن حاوی سوخت و مقایسه با روش تجربی

نویسندگان
حسن منصوری 1
حمیدرضا زارعی 2
1 دانشگاه پدافند هوایی خاتم الانبیاء (ص)
2 دانشگاه شهید ستاری
چکیده
در این تحقیق، اثرات برخورد گلوله به یک مخزن سوخت با استفاده از روش المان محدود مورد بررسی قرار گرفته و با نتایج تجربی مقایسه شده است. در اثر نفوذ گلوله یک فشار داخلی بزرگ از جانب سوخت به دیوارهای مخزن وارد می آید که به نوبه خود می تواند آسیب های ساختاری شدیدی را به آن متحمل سازد. مسئله برهم‌کنش سازه و سیال در نظر گرفته شده با استفاده از دیدگاه اویلری-لاگرانژی و توسط نرم‌افزار ال‌اس‌داینا حل شده است. مقایسه نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی‌های انجام شده با نتایج تجربی نشان داده است که نرم‌افزار ال‌اس‌داینا با دقت مناسبی قادر است تا فازهای مختلف برخورد را مدل‌سازی نماید. در تحقیقات پیشین انجام شده بیشتر مرحله نفوذ گلوله و فاز کاویتاسیون به صورت عددی شبیه سازی شده است. در این تحقیق کلیه مراحل شامل نفوذ گلوله، فاز کاویتاسیون، تنشهای وارده به مخزن وخروج گلوله بررسی شده است. مقایسه کانتورهای تنش ون‌میسز دیواره‌های مخزن خالی و مخزن حاوی سیال نشان از ازدیاد 30 درصدی ماکزیمم تنش ون‌میسز ایجاد شده در دیواره مخزن حاوی سیال نسبت به مقدار آن در مخزن خالی دارد. همچنین در این پژوهش علاوه بر آنچه در پژوهش‌های عددی قبل انجام شده است، مد خرابی مخزن حاوی مایع بصورت عددی تعیین شده است. نتایج عددی نشان می‌دهند که به دلیل وجود تنش‌های وارد شده از جانب سیال بر جداره‌های مخزن حاوی سیال، مد خرابی ایجاد شده در آن با مد خرابی مخزن خالی کاملا متفاوت است.
کلیدواژه‌ها
اویلری-لاگرانژی
برخورد
گلوله فوق‌سریع
مخزن حاوی سیال

موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical simulation of projectile penetration on fuel filled tank and comparing with experimental method

نویسنده English

Hasan Mansoori 1
1 Khatam-ol-anbia Univeristy
چکیده English

In this study, the effects of impact of a projectile on a fuel tank are studied using the finite element method and compared with experimental method. Due to penetration of the bullet into the tank, large internal pressures from the fluid are imposed on the tank's walls which can damage it. The considered fluid structure interaction (FSI) problem is solved in an Eulerian-Lagrangian reference frame by using the LS-Dyna software. By comparing of the results obtained from the simulations and the experimental data, it can be seen that the LS-Dyna software is able to model the different phases of event accurately. In previous researches mostly the penetration and cavitation phases are investigated numerically. In this paper all phases namely penetration, cavitation, stresses applied to tank’s walls and bullet exit are investigated. The comparison between the Von Mises stress of walls in the fluid-filled tank and the empty one signifies 30 percent growth of the maximum Von Mises stress in the wall of the fluid-filled tank compared to the walls of the empty tank. Also in addition to what has been done in previous numerical works, the failure mode of fluid-filled tanks are determined numerically. The numerical results show that because fluid-filled tank walls are pre-stress due to the fluid shock waves, the failure mode of fluid-filled tank is quite different with the failure mode of the empty one.

کلیدواژه‌ها English

Eulerian-Lagrangian
Impact
Hyper Velocity Projectile
Tank
[1] D. Varas, J. Lopez-Puente, R. Zaera, Experimental analysis of fluid-filled aluminium tubes subjected to high-velocity impact, International Journal of Impact Engineering, Vol. 36, No. 1, pp. 81-91, 2009.
[2] J. H. McMillen, Shock wave pressures in water produced by impact of small spheres, Physical Review, Vol. 68, No. 9-10, pp. 198-209, 1945.
[3] J. H. McMillen, E. N. Harvey, A spark shadowgraphic study of body waves izn water, Journal of Applied Physics, Vol. 17, No. 7, pp. 541-555, 1946.
[4] P. J. Disimile, L. A. Swanson, N. Toy, The hydrodynamic ram pressure generated by spherical projectiles, International Journal of Impact Engineering, Vol. 36, No. 6, pp. 821-829, 2009.
[5] C. J. Freitas, C. E. Anderson, J. D. Walker, D. L. Littlefield, Hydrodynamic ram: A benchmark suite, American Society of Mechanical Engineers, Pressure Vessels and Piping Division, Vol. 325, pp. 63-74, 1996.
[6] R. E. Ball, Structural Response of Fluid-Containing-Tanks to Penetrating Projectiles (Hydraulic Ram) - A Comparison of Experimental and Analytical Results, Naval Postgraduate School NPS-57B p76051. 1976.
[7] E. A. Lundstrom, Structural Response of Flat Panels to Hydraulic Ram Pressure Loading, Fort Belvoir: Defense Technical Information Center, NWC TP 6770 Naval Weapons Center 1988. p. 12–15.
[8] P. W. Randles, D. R. Seemann, T. C. Carney, L. D. Libersky, Numerical Simulations of Fragment Impact on Liquid Filled Containers, American Society of Mechanical Engineers, Vol. 361, pp. 81-90, 1998.
[9] R. Vignjevic, T. De Vuyst, J. C. Campbell, N. K. Bourne, Modelling of Impact on a Fuel Tank Using Smoothed Particle Hydrodynamics, United Kingdom: Cranfield University Press, 2005.
[10] D. Varas, R. Zaera, J. Lopez-Puente, Numerical modelling of the hydrodynamic ram phenomenon, International Journal of Impact Engineering, Vol. 36, No. 3, pp. 363-374, 2009.
[11] D. Varas, R. Zaera, J. Lopez-Puente, Numerical modelling of partially filled aircraft fuel tanks submitted to hydrodynamic ram, Aerospace Science and Technology, Vol. 16, No. 1, pp. 19-28, 2012.
[12] C. Liang, S. Bifeng, P. Yang, Simulation analysis of hydrodynamic ram phenomenon in composite fuel tank to fragment impact, Proceeding of Measuring Technology and Mechatronics Automation, Third International Conference, pp. 241-244, 2011.
[13]D. Varas, R. Zaera, J. Lopez-Puente, Experimental analysis of fluid-filledaluminium tubes subjected to high-velocity impact, International Journal of Impact Engineering, Vol. 93, No. 10, pp. 2598-2609, 2009.
[14] P. J. Disimile, J. Davis, N. Toy, Mitigation of shock waves within a liquid filled tank, International Journal of Impact Engineering, Vol. 38, No. 2–3, pp. 61-72, 2011.
[15]M. Buyuk, S. Kan, M. J. Loikkanen, Explicit finite-element analysis of 2024-T3/T351 aluminum material under impact loading for airplane engine containment and fragment shielding, Journal of Aerospace Engineering, Vol. 22, No. 3, pp. 287-295, 2009.
[16] X. Yang, Z. Zhang, J. Yang, Y. Sun, Fluid–structure interaction analysis of the drop impact test for helicopter fuel tank, SpringerPlus, Vol. 5, No. 1573, pp. 1-21, 2016.
[17] Y. Pei, B. Shi, Method for analyzing the effect of projectile impact on aircraft fuel tank inerting for survivability design, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, Vol. 230, No. 13, pp. 2345-2355, 2015.
[18] D. Townsend, N. Park, P. M. Devall, Failure of fluid filled structures due to high velocity fragment impact, International Journal of Impact Engineering, Vol. 29, No. 1–10, pp. 723-733, 2003.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 4
مرداد 1397
صفحه 51-61