Análise numérica da blindagem em aço 304L ao receber multi-impacto e projeto de anteparo para ensaio experimental

Abstract

Dado o uso crescente da blindagem veicular no Brasil, faz-se necessário desenvolver modelos numéricos confiáveis que consigam reproduzir o fenômeno de impacto. A investigação dessa proteção em operação se justifica devido às graves consequências que uma falha pode causar. No território brasileiro, a blindagem veicular é normatizada pelas NBR 15000 e NEB E-316. A primeira afirma que, no maior nível de proteção permitido aos civis, a blindagem deve resistir a cinco impactos. Embora se encontre na literatura uma razoável quantidade de estudos com o tema de impacto balístico, poucos deles se propõem a analisar a situação de multi-impacto em uma mesma placa balística. Nesse sentido, utilizando o método dos elementos finitos, o presente trabalho busca simular o impacto de cinco projéteis de latão contra uma placa de aço 304L, utilizando metodologia de integração explícita presente no software Ansys. Este estudo se propõe também a dimensionar um anteparo balístico para resistir aos ensaios experimentais análogos à simulação numérica. Em relação ao estudo numérico, é necessário um refinamento adequado da malha para prever corretamente o comportamento dinâmico do impacto. Ademais, a densidade de malha altera a quantidade da energia de hourglass presente na simulação. Esse tipo de energia é adicionada aos cálculos numéricos para evitar que os elementos se deformem de maneira incompatível com o fenômeno real. A presença dessa categoria de energia no sistema pode ser usada como parâmetro para avaliar a qualidade do estudo numérico. Neste trabalho, os projéteis foram caracterizados como corpos rígidos. Quanto à placa, foram simuladas cinco densidades de malha diferentes, variando o tamanho dos elementos entre 5 mm e 0,4 mm. A velocidade inicial de cada projétil foi de 426 m/s e a placa foi engasta em suas quatro faces laterais. Sobre o anteparo experimental, seu dimensionamento considerou a carga de impulso provida pelo projétil e o peso próprio da estrutura. Dessas cargas, foram determinadas as reações de apoio e as tensões atuantes nos elementos do anteparo balístico. Como resultado, a velocidade residual de cada um dos projéteis, o deslocamento máximo da placa e o histórico da energia cinética, interna e de hourglass do sistema em função do número de ciclos de simulação foram obtidos. Ao final das cinco simulações, a razão entre a energia de hourglass e a energia interna foi reduzida de 97,05% para 17,76%. No que concerne ao anteparo, seu projeto foi executado e é apto para a realização de ensaios experimentais de impacto.