Numerische Simulation endballistischer Vorgänge zur Analyse ausgewählter Panzerstrukturen und Optimierung moderner Sonderschutzfahrzeuge:
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Aachen
Shaker
2015
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INHALTSVERZEICHNIS
SYMBOLVERZEICHNIS XIV
1 EINLEITUNG 1
1.1 PROBLEMATIK 4
1.2 MOTIVATION 7
1.3 STAND DER WISSENSCHAFT UND TECHNIK 9
1.4 ZIELSETZUNG 11
1.5 GLIEDERUNG DER ARBEIT 13
2 EINFUEHRUNG IN DIE ENDBALLISTIK 15
2.1 HISTORISCHER ABRISS 16
2.2 ALLGEMEINES 18
2.2.1 EINFACHE GESETZMAESSIGKEITEN 18
2.2.2 RELEVANTE MATERIALARTEN 19
2.2.3 BALLISTISCHE SCHUTZMECHANISMEN 20
2.3 PENETRATIONSMECHANIK 21
2.3.1 GRUNDLAGEN 21
2.3.2 ABSCHAETZUNG DER EINDRINGTIEFE EINES PENETRATORS 22
2.3.3 VERHALTEN IM ZIEL 25
2.4 STOSSWELLEN 28
2.4.1 GRUNDLAGEN 28
2.4.2 RANKINE-HUGONIOT-BEDINGUNG 29
2.4.3 ENTLASTUNGSWELLEN 32
2.4.4 STOSSWELLEN IN FESTKOERPERN 37
2.5 DETONATIONSTHEORIE 40
2.5.1 ZUSTANDSGIEICHUNG 41
2.5.2 REAKTIONSRATE 42
2.6 MATERIALVERHALTEN BEI HOHEN BELASTUNGEN 42
2.6.1 METALLISCHE WERKSTOFFE 43
2.6.2 NICHTMETALLISCHE WERKSTOFFE 44
2.7 SCHLUSSBEMERKUNG 45
3 NUMERISCHE SIMULATION VON KURZZEITDYNAMISCHEN PROZESSEN 47
IX
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X
INHALTSVERZEICHNIS
3.1 ALLGEMEINES 48
3.2 GRUNDLAGEN 49
3.2.1 RECHNERGESTUETZTES ARBEITEN 49
3.2.2 HYDROCODES 50
3.3 MATERIALMODELLE 50
3.3.1 ZUSTANDSGLEICHUNGEN 52
3.3.2 FESTIGKEITSMODELLE 58
3.3.3 VERSAGENSMODELLE 61
3.3.4 EROSIONSMODELLE 63
3.4 DISKRETISIERUNG 64
3.4.1 FINITE DIFFERENZEN 66
3.4.2 FINITE ELEMENTE 67
3.5 ZEITINTEGRATION 69
3.5.1 EXPLIZITE VERFAHREN 70
3.5.2 IMPLIZITE VERFAHREN 72
3.5.3 FAZIT 76
3.6 LAGRANGE-MODELLE 78
3.6.1 EIGENSCHAFTEN DES GITTERS 78
3.6.2 ZEITSCHRITT 80
3.6.3 NACHTEILE 81
3.7 FUNKTIONSWEISE 81
3.8 ALTERNATIVE SIMULATIONSMETHODEN 84
3.8.1 EULER-CODES 85
3.8.2 ARBITRARY LAGRANGE-EULER VERFAHREN 89
3.8.3 GEKOPPELTE EULER-LAGRANGE BERECHNUNGEN 90
3.8.4 NETZFREIE METHODEN 91
3.9 ANMERKUNG 94
4 INNOVATIVE PANZERSTRUKTUREN 95
4.1 MOTIVATION 95
4.2 STAND DER WISSENSCHAFT 97
4.3 WIRKUNGSWEISE 99
4.4 ANALYSE DER REALVERSUCHE 101
4.5 SIMULATIONSMODELL 105
4.6 STRUKTURELLE OPTIMIERUNGSMASSNAHMEN 107
4.6.1 SIMULATIONSERGEBNISSE 108
4.6.2 FAZIT 114
4.7 UNTERSUCHUNGEN AN ALTERNATIVEN GEOMETRIEN 114
4.7.1 GEOMETRIEN 115
4.7.2 SIMULATIONSERGEBNISSE 115
4.7.3 FAZIT 116
5 TRANSPARENTE PANZERUNG 118
INHALTSVERZEICHNIS XI
5.1 ALLGEMEINES 119
5.1.1 HISTORISCHER ABRISS 119
5.1.2 STAND DER WISSENSCHAFT 120
5.1.3 EINFUEHRUNG IN DIE BRUCHMECHANIK 121
5.2 AUFBAU DER PANZERGLASSCHEIBE 123
5.3 VERSUCHSAUFBAU 124
5.3.1 GESCHWINDIGKEITSMESSANLAGE 124
5.3.2 HOCHGESCHWINDIGKEITSKAMERA 124
5.3.3 PRUEFMUNITION 126
5.3.4 PRUEFMUSTER 126
5.4 ANALYSE DER BESCHUSSVERSUCHE 127
5.4.1 AUSWERTUNG DER FOTO- UND VIDEOAUFNAHMEN 127
5.4.2 ANALYSE DER RISSAUSBREITUNG 130
5.4.3 ZUSAMMENFASSUNG 134
5.5 AUSWAHL DER SIMULATIONSMETHODE 135
5.5.1 MODELLIERUNG 135
5.5.2 AUSWERTUNG 136
5.6 KALIBRIERUNG DER MATERIALMODELLE 138
5.7 SIMULATIONSERGEBNISSE 139
5.7.1 STRUKTUROPTIMIERUNG VON VR6 VSG 140
5.7.2 STRUKTUROPTIMIERUNG VON VR.4 VSG 143
6 SPRENGWIRKUNGSHEMMENDE PANZERUNG 147
6.1 MOTIVATION 147
6.2 STAND DER TECHNIK 148
6.2.1 BODENFREIHEIT 149
6.2.2 V F.INN 149
6.2.3 STRUCTURAL BLAST CHIMNEY 150
6.2.4 MULTI-STAGE-PANZERUNG 151
6.2.5 ENTKOPPLUNG DER FAHRGAESTE 152
6.3 GRUNDLAGEN 152
6.3.1 DRUCKVERLAUF BEI EINER SPRENGUNG 153
6.3.2 ZEITLICHER VERLAUF DER BELASTUNG BEI EINER DETONATION . . . 153
6.3.3 SPEZIFISCHER IMPULS ALS MESSGROESSE 155
6.4 SIMULATION EINER DRUCKBELASTUNG 156
6.4.1 NUMERISCHE METHODE 156
6.4.2 ANALYTISCHE METHODE 157
6.4.3 VERGLEICH DER DETONATIONSINDUZIERTEN DRUCKBELASTUNG IN EI
NER ANALYTISCHEN UND NUMERISCHEN BERECHNUNG 158
6.5 SIMULATION EINER HANDGRANATE 161
6.5.1 EINFLUSS DER VERNETZUNGSSTRATEGIE AUF DIE ERGEBNISSE . . . . 161
6.5.2 SIMULATIONSMODELLE IM VERGLEICH 163
6.5.3 SIMULATIONSERGEBNISSE 166
XII
INHALTSVERZEICHNIS
6.5.4 FAZIT 168
6.6 VERIFIKATION DER SIMULATIONSMODELLE MITHILFE EMPIRISCHER FORMELN .
168
6.6.1 VARIATION DER BODENFREIHEIT 169
6.6.2 UNTERSUCHUNGEN ZUR V-FOERMIGEN BODENPANZERUNG 171
6.7 OPTIMIERUNG VON SCHUTZMECHANISMEN GEGEN SPRENGFALLEN 173
6.7.1 UNTERSUCHUNGEN ZUR VARIATION DER BODENFREIHEIT 173
6.7.2 UNTERSUCHUNGEN ZUR V-FORM 175
7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 180
A RECHNERUNTERSTUETZTES KONSTRUIEREN 183
A.L CAD-SVSTEME 183
A.2 MAKROPROGRAMMIERUNG MIT CATIA 186
A.3 BAUTEILOPTIMIERUNG 188
B BESCHUSSVERSUCHE 193
B.L REDUKTION DER SPLITTERGEFAEHRDUNG 193
B.L.L KONSTRUKTION 194
B.L.2 VERSUCHSAUFBAU 194
B.L.3 ERGEBNISSE 195
B.L.4 ZUSAMMENFASSUNG 196
B.1.5 FAZIT 197
B.2 UNTERDRUECKUNG DER UEBERBELICHTUNG 198
B.2.1 KONSTRUKTION 198
B.2.2 SCHUTZGASE 200
B.2.3 VERSUCHSAUFBAU 201
B.2.4 ERGEBNISSE 202
B.2.5 FAZIT 203
C STANDARDISIERUNGS- UND NORMIERUNGSORGANISATIONEN 204
D INTERNATIONALE RICHTLINIEN 209
D.L DIN EN 1522 209
D.2 DIN EN 1063 209
D.3 STA NAG 2920 210
D.4 NATO AEP-55 STANAG 4569 210
E PRUEFRICHTLINIEN DER VPAM 211
E.L APR 2006 211
E.L.L NORMATIVE VERWEISUNGEN 211
E.L.2 ALLGEMEINE BEGRIFFE 212
E.L.3 PRUEFBEDINGUNGEN 214
E.L.4 PRUEF- UND MESSMITTEL 214
E.L.5 PRUEFVERFAHREN 217
INHALTSVERZEICHNIS XIII
E.1.6 BEWERTUNG UND DOKUMENTATION DER PRUEFUNG 218
E.2 PM 2007 218
E.2.1 PRUEFEINRICHTUNGEN UND PRUEFMITTEL 219
E.2.2 PRUEFVERFAHREN 221
E.2.3 FESTSTELLUNG UND BEWERTUNG DER PRUEFUNGSERGEBNISSE . 221
E.3 BRV 2009 222
E.3.1 ANFORDERUNGEN. PRUEFBEDINGUNGEN. KLASSIFIZIERUNGEN . 222
E.3.2 PRUEFVERFAHREN 222
E.3.3 FESTSTELLUNG UND BEWERTUNG DER PRUEFUNGSERGEBNISSE . 223
E.4 ERV 2010 224
E.4.1 PRUEFUNG AUF SPLITTERWIRKUNG 224
E.4.2 PRUEFUNG AUF STOSSWELLENBELASTUNG 226
F EXPLOSIONSWAFFEN 229
F.L HISTORISCHER ABRISS 229
F.2 WIRKUNGSWEISE 230
F.3 EINSATZBEREICHE 230
F.4 AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE 230
LITERATURVERZEICHNIS 233 |
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