Untersuchungen zur Optimierung des endballistischen Schutzes von Sicherheitsfahrzeugen durch Kombination von FEM- und CFD-Simulationen und Vergleich mit Realversuchen:
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Herzogenrath
Shaker
2015
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| Edition: | 1. Aufl |
| Series: | Schriftenreihe Laboratorium Mess- und Informationstechnik
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| Physical Description: | XVII, 133 S. Ill., graph. Darst. 210 mm x 148 mm, 227 g |
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INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS X
TABELLENVERZEICHNIS XIII
SYMBOL- UND ABKUERZUNGSVERZEICHNIS XIV
1 EINLEITUNG 1
1.1 MOTIVATION UND ZIELSETZUNG DER ARBEIT, 2
1.2 GLIEDERUNG DER ARBEIT 3
2 BALLISTISCHE FACHTERMINOLOGIE UND FAHRZEUGBEZOGENE
RICHTLINIEN 4
2.1 EINFUEHRUNG IN DIE BALLISTIK 4
2.2 DEFINITION SICHCRHEITSFAHRZEUG 5
2.3 EINTEILUNG DER SCHUTZKLASSEN G
2.4 PRUEFRICLITLIUIEN NACH VPAM 6
2.4.1 ALLGEMEINE PRUEFGRUNDLAGEN - APR. 200G 6
2.4.1.1 AUFTREHGESEHWINDIGKEIT 7
2.4.1.2 AUFTREFFWINKEL 7
2.4.1.3 DTIRCHSCHUSS 7
2.4.1.4 BALLISTISCHER GRENZWERT, V
M
8
2.4.1.5 PRUEFUNGSROLCVANTO KENNGROESSEN -. . 11
2.4.L.G BEWERTUNG UND DOKUMENTATION DES
BESCHUSSVERSUCHS 11
2.4.2 PRIIFRICHTLINIE FUER DURCHSCHUSSHOMMCNDE PLATTENARTIGE
MATERIALIEN - PM 2007 12
2.4.2.1 MULTIHIT 12
2.4.3 PRIIFRICHTLINIE FUER SONDERGESCHIITZTE FAHRZEUGE -
DURCHSCLIUSSHEMIUUNG - BRV 2009 13
2.4.3.1 ALIWENDUNGSBEREICH 14
2.4.4 PRIIFRICHTLINIE FUER SOIIDCRGESCHIITZTE FAHRZEUGE -
SPRENGWIRKUNGSHEMMUNG - ERY 2010 14
2.4.5 PRUEFMUNITIONEN NACH VPAM 14
VI
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INHALTSVERZEICHNIS
VII
2.4.6 SCHUTZKLASSENBEZOGENE AUSWAHL DER EXPLOSIVMITTEL . 18
2.4.6.1 HANDGRANATE RUAG HG 85 CH 19
2.4.6.2 GERICHTETE SPLITTERLADUNG 21
2.5 ZUSAMMENFASSUNG 23
3 KONVENTIONELLE ENTWICKLUNG ALS BASIS FUER EINE NUMERISCHE
SIMULATION 24
3.1 PROZESS DES REALVERSUCHS 24
3.2 NEGATIVE ASPEKTE EMPIRISCHER REALVERSUCHE 25
3.2.1 VARIANTENVIELFALT IM ENTWICKLUNGSPROZESS 25
3.2.2 UNGENAUIGKEIT DER REALVERSUCHE IN HINBLICK AUF EINE
STATISTISCHE ABSICHERUNG 27
3.2.3 PROBLEMATIK BEI HOCHGESCLNVINDIGKEITSAUFNALIMEN 29
3.3 REALVERSUCH-OPTIMIERUNG ALS BASIS NUMERISCHER SIMULATIONEN . 29
3.3.1 PRINZIP DES DURCHSCHUSSES ALS ERKEUNTNISGEWINN 31
3.3.2 FINALES AUFFANGEN DES PROJEKTILS FUER EINE
WIRKWEISENANALYSE 32
3.3.3 REDUZIERUNG DER UBERBELICHTUNG BEI AUFNAHMEN MIT EINER
HIGH-SPEED-KAMERA 34
3.3.3.1 THEORETISCHE UEBERLEGUNGEN 34
3.3.3.2 VERSUCHSAUFBAU UND -DURCHFIILIRUIIG 35
3.3.3.3 VERSUEHSAIISWCRTIING UND FAZIT 36
3.4 MATERIAL- UND GEOMETRIEDATEN FUER VIRTUELLE ABSICHERUNGEN . 37
3.4.1 ERSTELLUNG CAD-BASIERTER PRUEFINUNITIONEN 38
3.4.1.1 SEKTION DES PROJEKTILS 38
3.4.1.2 LASERGESTUETZTE UEBERFUEHRUNG DER GESCHOSSDATEN IN
EIN CAD-MODELL 38
3.4.2 MATERIALKARTEN FUER EINE NUMERISCHE SIMULATION 39
3.4.2.1 ERMITTLUNG DER MATERIALKENNWERTE BEI
PRUEFINUNITIONEN 40
3.4.2.2 MATERIALKENNWERTE AUSGEWAEHLTER
KAROSSERIEWERKSTOFFE 45
3.4.2.3 MATERIALKENNWERTE DER SCLUITZELEMEIITE 48
3.5 ZUSAMMENFASSUNG UND ZWISCHENERGEBNIS 51
3.5.1 ZUSAMMENFASSUNG 51
3.5.2 ZWISCHENERGEBNIS 52
4 EINSATZ EINES HYDROCODES FUER KURZZEITDYNAMISCHE
SIMULATIONEN 54
4.1 HAID- UND SOFTWARE-ANFORDERUNGEN FUER NUMERISCHE BERECHNUNGEN 55
4.1.1 HIGH-PERFORMANCE-COMPUTING-UMGEBUNG ALS NOTWENDIGE
BASIS FUER EINE NUMERISCHE BERECHNUNG 55
INHALTSVERZEICHNIS VIII
4.1.1.1 CHARAKTERISIERUNG DER
BCRECHNUNGSGESCHWINDIGKEIT 55
4.1.1.2 RECHNCRVERGLEICH IN DER PRAXIS 58
4.1.2 SOFTWAREPAKETE FUER DIE ERSTELLUNG UND BERECHNUNG
NUMERISCHER SIMULATIONEN 59
4.1.2.1 COMPUTER-AIDOD-DESIGN-PROGRAINNIE 59
4.1.2.2 SINIULATIONSPROGRAMINE FUER KURZZEIT,DYNAMISCHE
BERECHNUNGEN 59
4.2 MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN EINER NUMERISCHEN SIMULATION GO
4.2.1 DAS LAGRANGE-VERFAHREN GL
4.2.1.1 FESTKOERPERVERNETZUNG GL
4.2.1.2 BESCHREIBUNG DER BEWEGUNGSGLCICHUNG G2
4.2.2 DAS EULER-VERFAHREN G5
4.2.3 DIE SMOOTHED-PARTICLE-HYDRODYNAMICS-.YIET,HODC G7
4.2.4 ZUSAMMENFASSUNG DER BERECHNUNGSMET,HODEN 70
4.3 EINFUEHRUNG IN DIE YVORKBENCH VON ANSYS 70
4.3.1 EXPLICIT, DYNAMICS 72
4.3.1.1 ENGINEERING DATA 72
4.3.1.2 GEONIETRY 73
4.3.1.3 MODEL 74
4.3.1.4 SETUP 77
4.3.2 ANSYS AUTODYN 78
4.3.2.1 GRAFISCHE KONFIGURATION UNTER ANSYS AUTODYN . 78
4.3.2.2 SETUP-KONFIGURATION UNTER ANSYS AUTODYN . 82
4.4 ZUSAMMENFASSUNG 8G
5 PROZESSBESCHREIBUNG EINER ENDBALLISTISCHEN SIMULATION 88
5.1 ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DES BASISPROZESSES 88
5.2 MODIFIKATION DES BASISPROZESSES FUER INT.RANSPARONTE ZIELMEDIEN . .
90
5.2.1 PROZESSBESCHREIBUNG BEI EINEM IMPAKT,VORGANG 91
5.2.1.1 GEOMET.RIE-INPUT 91
5.2.1.2 PARAMETER-INPUT 91
5.2.1.3 SIMULATIONSPROZESS 91
5.2.2 PROZESSBESCHREIBUNG BEI EINEM DETONATIONSVORGANG . 91
5.2.2.1 GEOMET.RIE-INPUT 92
5.2.2.2 PARAMETER-INPUT 92
5.2.2.3 SIMULATIONSPROZESS 92
5.2.3 PROZESSBESCHREIBUNG BEI KOMBINATION AUS IMPAKT- UND
DETONATIONSVORGANG 93
5.2.3.1 GEOINETRIE-INPUT 93
5.2.3.2 PARAMETER-INPUT 93
5.2.3.3 SIMULATIONSPROZESS 94
5.3 MODIFIKATION FIES BASISPROZESSES FUER TRANSPARENTE ZIELMEDIEN . 94
INHALTSVERZEICHNIS IX
5.3.1 BESCHREIBUNG DES SIMULATIONSPROZESSES BEI EINEM
IMPAKT,
VORGANG
94
5.3.2 BESCHREIBUNG DES SIMULATIONSPROZOJSSES BEI EINEM
DETONATIONSVORGANG 95
5.3.3 PROZESSBESCHREIBUNG BEI KOMBINATION AUS IMPAKT,- UND
DETONATIONSVORGANG 95
5.4 ZUSAMMENFASSUNG 9G
6 ANWENDUNG DER SIMULATIONSTECHNIK 97
G.L SIMULATION EINER .MEHRPHASENSTAHL-PENETRATION 97
6.1.1 SIMULATIVE EVOLUTION DER SEHNT,ZPLAUENMODELLIERUNG . 98
G.L.2 ANALYSE DER SIMULATIONSERGEBNISSE VON
MEHRPHASENSTAEHLEN 101
G.L.2.1 ERGEBNISBEWERTUNG DES HETEROGENEN
MEHRPHASENSTAHLS 101
6.2 NUMERISCHE SIMULATION EINER LATERALEN SPRENGLADUNG 103
6.2.1 DURCHFUEHRUNG DES SPRENGVERSUCHS AM FAHRZEUG 103
6.2.2 NUMERISCHE SIMULATION DES SPRENGVERSUCHS 105
6.2.2.1 COMPUTERBASIERTE KONSTRUKTIONSDATEN 105
6.2.2.2 FINALES KONFIGURIEREN DER SIMULATION 108
6.2.3 ANALYSE UND VALIDIERUNG DER SIMULATIONSERGEBNISSE . 110
G.2.3.1 ABSOLUTGESCHWINDIGKEITEN DER DETONATIONSFRONT . 110
G.2.3.2 ANALYSE DES UMGEBUNGSDRUCKS 111
G.2.4 FAZIT DER NUMERISCHEN SPRENGSIINULATION 116
6.3 REALVERSUCH UND NUMERISCHE SIMULATION BALLISTISCHER GLAESER . 116
G.3.1 DURCHFUEHRUNG VON REALVERSUCHEN 117
G.3.2 ANALYSE DER HOCHGESCHWINDIGKEITSAUFNAHMEN 118
G.3.3 NUMERISCHE SIMULATION EINES BALLISTISCHEN GLASES 118
6.3.3.1 ORT-ZEIT-ANALYSE DER GLASKOMPONCNTEN 119
6.3.3.2 BESCHAEDIGUNGSANALYSE DER SCHEIBENKOMPONENTEN 121
6.3.3.3 GESCHWINDIGKEITSANALYSE DES PROJEKTILS 121
6.3.4 POTENTIALE ZUKUENFTIGER NUMERISCHER GLASSIMULATIONEN . . . 124
6.4 ZUSAMMENFASSUNG 125
7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 126
LITERATURVERZEICHNIS
128 |
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