Numerical Methods for the simulation of high velocity impact

Resumen

Este documento estudia el fenómeno del impacto a alta velocidad en la aeronáutica y sus consecuencias desde la perspectiva de la mecánica computacional. Hemos considerado dado la gran variedad de objetos impactantes, solo aquellos que son considerados de baja resistencia con respecto a la estructura que es impactada, por ejemplo hielo y pájaro. Esta elección implica que los cuerpos discretizados sufrirán importantes distorsiones durante el impacto, lo que implica también distorsión del mallado. Los métodos sin malla son ideales para este tipo de problemas de impacto y por eso serán utilizados en este trabajo. También se ha desarrollado un algoritmo de contacto para la interacción de los métodos sin malla y MEF. Dado la variedad de velocidades de impacto y la posible dependencia material a esta variación, se ha desarrollado una clase de modelos constitutivos visco-elasto-plásticos basados en la formulación de Duvaut-Lions. El modelo desarrollado asegura una correcta disipación y da una gran variedad de comportamientos distintos en función de la elección del potencial cinemático que ha de ser convexo. Todo esto se aplicará finalemente a un caso más complejo evaluando el daño ocasionado por el impacto en diferentes condiciones. ----------ABSTRACT---------- This work studies the phenomena of high speed impact in aeronautics and its consequences from a computational perspective. We consider within the wide range of impacting bodies only those considered to have low strength compared to the target, namely ice and bird. This choice implies that the discretised bodies will undergo large distortions during impact as well as the mesh. Meshless approximation are very well suited for this kind of impact problems and are adopted in this dissertation. Also a contact algorithm has been developed to perform meshless and FEM interaction. Due to the wide variety of impacting velocities and the possible material dependence to this variation, a class of visco elasto-plastic constitutive models based on the notion of Duvaut-Lions viscoplasticity have been developed. This constitutive model ensures favorable dissipation and gives a wide variety of different behaviours for different kinematic convex potentials. All of this will be applied finally to a more complex case assessing the damage produced by the impact at different conditions.