Determinação da velocidade de placas metálicas aceleradas por explosivo

Abstract

Este projeto tem como objetivo avaliar em termos numéricos, para configurações planas, a evolução da velocidade da placa voadora em função da espessura do explosivo e da espessura da placa voadora. A aceleração da placa voadora foi estudada para uma configuração lateral e frontal à onda de detonação. O software de simulação numérica utilizado foi LS-DYNA 2D, um código de elementos finitos, Lagrangeano, que permite a análise da resposta dinâmicas em sólidos bidimensionais. O modelo para a detonação do explosivo foi o explosive Burn com uma EoS JWL. A equação de estado para a placa metálica foi a equação de Grüneisen associando ao modelo de comportamento Johnson Cook (JC). O estudo foi realizado com ANFO para uma espessura a variar entre 20 e 30 mm. A placa voadora, de cobre ou alumínio, variou entre 1 e 10mm. De uma maneira geral, nas configurações estudadas, observou-se uma diminuição da velocidade terminal com o aumento da espessura da placa voadora enquanto que, aumentando a espessura do explosivo, a velocidade terminal aumentou. Os resultados numéricos para a velocidade terminal da placa voadora foram comparados com o modelo de Gurney. Em função da energia de Gurney do explosivo, associada a um estado de expansão, verificou-se uma concordância com os resultados numéricos obtidos. No caso de uma onda de detonação frontal, os resultados numéricos obtidos evidenciam a existência de uma de choque a refletir na placa metálica durante o processo de aceleração, por oposição ao processo de aceleração da placa por uma de detonação lateral onde parece não existe onda de choque. O estudo em causa é relevante no processo de soldadura por explosão de metais dissemelhantes, uma vez que neste processo é muito importante conhecer a evolução da velocidade da placa voadora até ao momento de colisão com a placa base.

The purpose of this project is to evaluate numerically, the evolution of flying plate speed considering the thickness of the explosive and the thickness of flying plate in planar configuration. The acceleration of flying plate was studied from a lateral and frontal setting to the detonation wave. The numerical simulation software used was LS-DYNA 2D, a finite element code, Lagrangian, which allows the dynamic response analysis of two-dimensional solids. The model for the detonation of the explosive was the explosive Burn with a EoS JWL. The equation of State for metal plate was the Grüneisen equation involving the behavioral model Johnson Cook (JC). The study was conducted with ANFO, with a thickness ranging between 20 and 30 mm. The flying plate, copper or aluminum, ranged between 1 and 10 mm. In general, in the configuration studied, we observed a decrease in terminal velocity with the increasing of the thickness of flying plate, while increasing the thickness of the explosive, increased the terminal velocity. The numerical results for the terminal velocity of flying plate were compared with the Gurney model. Depending on the Gurney energy of the explosive, associated with the state of expansion, there has been an agreement with the numerical results obtained. In the case of a wave front detonation, the numerical results obtained demonstrate the existence of a shocking wave that reflects on metal plate during the accelerating process; on the other side, when it comes to the process of acceleration of a lateral detonation, it seems there is no shocking wave. The study in question is relevant in the welding process for dissimilar metal explosion, since this process is very important to know the evolution of the speed of the flying plate until the moment of collision with the base plate.