Response of Structure to Ballistic Load

Respuesta de la estructura a la carga balística

El documento describe brevemente el problema de la propagación de las ondas de choque elásticas-plásticas en los sólidos. Dichas ondas se originan por la acción de ondas de explosión o por el impacto de alta velocidad de las partes sólidas en la estructura. Se aplican simulaciones computacionales al problema de la propagación de las ondas de choque en material compuesto reforzado por fibras. Se supone que las fibras son mucho más rígidas que la matriz. La onda de choque en dicho material está influenciada por la reflexión y la refracción en la interfaz entre las fibras y la matriz y por la interacción de las ondas. La onda de choque es fuertemente amortiguada en tales compuestos de esta manera.

1. Introducción

La explosión y el impacto de alta velocidad son cargas balísticas típicas de las estructuras (Fig. 1). En comparación con las velocidades de colisión de los automóviles, que suelen ser de entre 10 y 50 m/s, los problemas de impacto se refieren a velocidades de varios cientos de m/s. En el caso de los escenarios que implican velocidades de deformación de 103 s^-1 y más, la evaluación y propagación de las ondas compresivas discontinuas, llamadas ondas de choque, se hace cada vez más importante con respecto al tipo y la velocidad de deformación. La interacción posterior de las ondas de choque con los límites del sólido y entre sí produce una variedad de tensiones, incluidas las de cizallamiento, tensión y compresión. Estas tensiones pueden dar lugar a graves daños en la integridad de la estructura del propio sólido, así como de otras estructuras en las inmediaciones. Por ejemplo, una onda de choque de compresión que se propague en un sólido se reflejará en una superficie libre. El choque reflejado, que es una onda de tensión, puede producir tensiones tan severas como para causar una separación completa de una porción del sólido en la región adyacente a la superficie libre.  Este efecto, que generalmente se denomina spall, puede ser no sólo destructivo para el propio sólido sino también para otros objetos en la proximidad de la superficie libre debido a la separación a alta velocidad del material sólido adyacente a la superficie libre. En la actualidad se está tratando de encontrar métodos y medios para atenuar las ondas de choque que se propagan en el interior de un sólido. Cuando una porción de una onda de choque que se propaga dentro de un sólido encuentra una región del sólido que tiene una velocidad de onda de choque mayor o menor que la región en la que se estaba propagando, la porción de la onda que se encuentra se dispersa, siendo típicamente reflejada y refractada. Un resultado general del encuentro total puede ser una dispersión lateral de la energía cinética.

Los materiales compuestos ligeros son una gran elección para los futuros sistemas de vehículos militares, de carretera y espaciales debido a su alto módulo específico y su gran resistencia específica. Sin embargo, en la actualidad se desconoce la resistencia al choque de esos materiales y especialmente de los materiales compuestos, los materiales reforzados con fibras (FRM) y los materiales de espuma en diversas condiciones de carga de choque. Los FRM son ampliamente considerados como nuevos materiales revolucionarios.