“aplicaÇÕes cae em modelagens de fenÔmenos … · aplicações cae em modelagens de estudos...

“APLICAÇÕES CAE EM MODELAGENS DE FENÔMENOS BALÍSTICOS”Grupo de Estudos Balísticos (G.E.B.)

CENTRO TECNOLÓGICO DO EXÉRCITO (CTEx) / INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA (IME)

Apresentação: Ten Cel GUILHERME PINTO GUIMARÃES (CTEx)

Sumário

2

O SISTEMA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO EXÉRCITO BRASILEIRO FENÔMENOS BALÍSTICOS O GRUPO DE ESTUDOS BALÍSTICOS (G.E.B.) APLICAÇÕES CAE EM MODELAGENS DE FENÔMENOS BALÍSTICOS CONCLUSÕES

O Sistema de Ciência e Tecnologia do Exército Brasileiro

3

O Exército Brasileiro: www.eb.mil.br


4

O Departamento de Ciência e Tecnologia (DCT): www.dct.eb.mil.br


5

O Centro Tecnológico do Exército (CTEx): www.ctex.eb.mil.br


6

O Instituto Militar de Engenharia (IME): www.ime.eb.mil.br

Fenômenos Balísticos

7

www.dreamstime.com

Fenômenos Balísticos: O desenvolvimento histórico da balística

8


9

Cenários de conflitos modernos: combates convencionais, conflitos assimétricos, ambientes urbanos, novas ameaças.

Soluções de proteção balística: fortificações, veiculares, individuais. Mudança de paradigmas em tecnologias de proteção balística. O conceito de sobrevivência, em termos de proteção balística:


10

Ameaças: Armamentos leves a pesados Munições convencionais (variados calibres e concepções) Granadas Minas terrestres Munições de energia cinética APFSDS Munições HEAT (carga oca) RPG (Rocket Propelled Grenade) IED (Improvised Explosive Device) EFP (Explosively Formed Projectile)


11

Impactos balísticos: as físicas envolvidas e o comportamento dinâmico dos materiais


12

A modelagem de um fenômeno balístico

Fenômenos balísticos: Munições de armas leves Munições de armas pesadas

(HEAT, HESH, APFSDS) Minas terrestres IED, EFP

Proteções balísticas: Materiais metálicos Materiais cerâmicos Materiais compósitos Outros materiais Uso combinado de soluções

P&D de soluções de defesa: Concepções de munições e de sistema de proteção veicular Aumento do poder de penetração em RHA (KE e HEAT) Modernização das gerações de Carros de Combate Principais (4ª geração pós II GM)

O Grupo de Estudos Balísticos (G.E.B.)

13

A formação do GEB: parceria entre IME e CTEx Alunos PG IME e seus temas de trabalho Apoio do corpo docente do IME (SE/4 – PGMat e PGMec) Suporte técnico e parceria acadêmica: ESSS (Soluções CAE) Demanda inicial focada em estudos de fenômenos balísticos de

impactos de munições de armas leves em blindagens veiculares Demanda por apoio de aplicações CAE

O Grupo de Estudos Balísticos (G.E.B.)O Instituto Militar de Engenharia (IME)

14

Apoio de modelagem e simulação numérica Apoio de ensaios experimentais (Centro de Avaliações do Exército – CAEx)

Engenharia de Materiais

15

Trabalhos recentes e em andamento: “Avaliação balística de um compósito híbrido de matriz poliéster reforçado com manta de carauá e

aramida, submetidos ao ensaio balístico de velocidade residual com munição calibre 7,62 mm” “Avaliação balística de polímeros expostos às radiações ultravioleta e gama” “Caracterização dos efeitos terminais de um aço de alta dureza, após o impacto com o projetil 7,62

mm AP” Desenvolvimento e patenteamento de solução de blindagem cerâmica (carbeto de silício) –

geometria côncavo-convexa Formulação e projeto ótimo de tubos de armamento pesado: modelagens de tubos de alma lisa e

raiada, com interação com a munição e demais componentes. Estudos de DOP – Depth of Penetration “Modelagem computacional de uma Carga Oca” “Simulação computacional do Colapso do Cone de Carga Oca Sob Efeito de uma Onda de

Detonação” “Estudo Comparativo da Influência do Explosivo no Colapso de um Revestimento de Carga Oca”



16

Trabalhos recentes e em andamento:



O Grupo de Estudos Balísticos (G.E.B.)O Centro Tecnológico do Exército (CTEx)

17

Laboratório de Materiais (LM) Estrutura laboratorial para ensaios de caracterização de metais,

polímeros, cerâmicos e compósitos Suporte de P&D aos projetos de SMEM em curso pelo CTEx Análise de falhas, perícias técnicas Parcerias com outras OM e instituições diversas Linhas de pesquisa para desenvolvimento de soluções de proteção

balística individual (coletes e capacetes) e veiculares “Diferentes Lâminas Compósitas de Fibras UHMWPE – Fabricação de

Placas Balísticas Rígidas – Caracterização e Levantamento deParâmetros”

O Grupo de Estudos Balísticos (G.E.B.)O Centro Tecnológico do Exército (CTEx)

18

Laboratório de Simulação Computacional/Seção de Modelagem e Metrologia (LSC/SMM) Atua em conjunto com o LDES e o LMET: VPD – Virtual Product Development Suporte de P&D aos projetos de SMEM em curso pelo CTEx Licenças de aplicativos computacionais: FEA (análises implícitas e explícitas) e DMC Estudos de CFD a cargo do IDQBRN Parceria com a ESSS desde 2007

Aplicações CAE em Modelagens de Estudos Balísticos

19

Apoio de aplicações CAE (Computer Aided Engineering) em estudos defenômenos balísticos

Classe de fenômenos: impactos balísticos de munições convencionais emvariados alvos

Físicas envolvidas: dinâmica transiente não linear de curta duração (ms, µs)

• Contatos• Plasticidade e fratura• Altas deflexões e deformações• Altas taxas de deformações• Geração de calor, possíveis mudanças de fase• Possível imposição de estado de choque dos materiais, com propagação e reflexão de ondas• Interação Fluido-Estrutura (FSI – Fluid Structure Interaction)


20

De modo geral: Soluções numéricas especializadas – “hydrocodes” (1) Solução Lagrangeana (FEA) (2) Solução Euleriana (CFD) (3) Solução mista: Arbitrary Lagrange-Euler (ALE) (4) Solução por métodos sem malha: Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)

Comparação das soluções (cortesia: Century Dynamics/ANSYS/ESSS)


21

ABORDAGEM LAGRANGEANA – MODELAGEM DE PROJETIS (5,56 mm/7,62mm)

MEF: 45000 Elementos sólidos


22

ESTUDOS DE CASO: (1) Projetos VEsPa-01 e VEsPa-02 (CTEx/Sec Seg Pub-RJ) – CTEx


23

ESTUDOS DE CASO: (1) Projetos VEsPa-01 e VEsPa-02 (CTEx/Sec Seg Pub-RJ) – CTEx


24

ESTUDOS DE CASO: (2) Estudos de DOP (Al Mest Jheison Lopes dos Santos) – IME/CTEx

MEF (Alvo): 120000 Elementos sólidos


25

ESTUDOS DE CASO: (2) Estudos de DOP (Al Mest Jheison Lopes dos Santos) – IME/CTEx


26

ESTUDOS DE CASO: (3) Análise de solução de blindagem (Cel Alaelson/Maj Carlos Chagas/TC Guimarães) – IME/CTEx

MEF (Alvo): 300000 Elementos sólidos


27

Maiores desafios (modelagem numérica): Escolha do modelo constitutivo (cerâmica) Definição dos parâmetros para obtenção do comportamento qualitativo (µs e ms) Definição dos critérios de falha e de erosão Definição das equações de estado



28



29



30

ESTUDOS DE CASO: (4) Aplicações do Método Sem Malha SPH (Cap Édio) – IME

Aplicações: Impacto de projetil cilíndrico (ferro) em alvo rígido Impacto de projetil (tungstênio) em alvo (aço) Detonação de granada 105 mm Detonação de carga oca (diferentes composições)


31



32


Conclusões

33

Necessidade de trabalhos em conjunto – Sinergia de capacidades. Fundação do G.E.B. como parceria CTEx/IME satisfatória, com diversos resultados

e ganhos notáveis de capacidades, com o apoio da ESSS e do CAEx. Disponibilidade de aplicativos computacionais comerciais e soluções acadêmicas. Capacidade de modelagem de materiais metálicos, cerâmicos e compósitos

Adoção eficaz da abordagem lagrangeana. Adoção promissora da abordagem de SPH. Desafios para a adoção da abordagem ALE (outras aplicações militares).

Aplicações em pesquisas acadêmicas e desenvolvimento de projetos no âmbito EB. Abertura para novas parcerias (EB, FFAA, outras instituições).

Conclusões – O G.E.B.:

34

FASE 1 (2011 – 2015) Cel Sousa Lima (IME) Cel Alaelson (IME) Cel Henrique (IME) Cel Aguiar (CTEx) Ten Cel Guimarães (CTEx) Maj Cardoso (CTEx) Maj Carlos Chagas (IME) Sr Jheison dos Santos (IME)FASE 2 (2018 – xxxx) Cel Alaelson (IME) Ten Cel Guimarães (CTEx) Maj Cardoso (Pq Mnt V) Maj Carlos Chagas (CTEx) Maj Zylberberg (CTEx) Maj Lucio (IME) Maj Marcelo (CTEx) Maj Arantes (IME) Cap Edio (IME) 1º Ten Meliande (CTEx) Sr Jheison dos Santos (IME)

OBRIGADO PELA ATENÇÃO

“aplicaÇÕes cae em modelagens de fenÔmenos … · aplicações cae em modelagens de estudos...

Documents