شبیه سازی عددی و تحلیلی پرتابه های فرسایشی سرعت بالا در اهداف بتنی مسلح به الیاف فولادی

در این مقاله به ارایه یک مدل تحلیلی فرآیند نفوذ پرتابه‌های فرسایشی در بتن تقویت‌شده به الیاف فولادی پرداخته‌شده است. نوآوری مدل تحلیلی ارایه‌شده در آن است که تاثیر طول به قطر الیاف فولادی و نسبت طول به قطر پرتابه و همچنین درصد حجمی الیاف استفاده‌شده در ماتریس بتن بر روی مقاومت ضربه‌ای بتن الیافی در سرعت‌های بالا موردتوجه قرارگرفته است. در شبیه‌سازی عددی از کد صریح و غیرخطی ال اس داینا با روش حل لاگرانژی و به‌صورت تقارن محوری استفاده‌شده است. پرتابه‌ها با سرعت‌بالای در حدود 2500 متر بر ثانیه با جرم تقریبی 45 گرم و با سر نفوذگر نیم کروی، تخت و اجایو در بتن مسلح به الیاف فولادی با درصد های حجمی 1، 5/1 و 2 درصد نفوذ می کنند. در این مقاله برای پیش گویی دقیق رفتار پرتابه فلزی و بتن الیافی در سرعت های بارگذاری خیلی بالا از مدل ماده الاستیک – پلاستیک هیدرودینامیک استفاده شده است. پس از مقایسه مدل تحلیلی نفوذ با فرآیند شبیه سازی و کار آزمایشگاهی، نتایج نشان می دهد که پرتابه های با سر نفوذگر اجایو که فاکتور تیزی سر پرتابه پایینی دارد با سرعت باقیمانده بیشتری از اهداف خارج می شود و کارآیی آنها در نفوذ بهتر می باشد. به عبارت دیگر با افزایش نسبت طول به قطر پرتابه از 5/0 به 9/0، برای پرتابه هایی به ترتیب به شکل تخت، نیم کروی و اجایو، سرعت باقی مانده افزایش می یابد. همچنین با افزایش درصد حجمی الیاف فولادی در ماتریس بتن میزان تخریب سطح رویی و زیرین بتن الیافی تا 20 درصد کاهش می یابد. مدل تحلیلی ارایه شده در فرآیند تغییرات سرعت پرتابه در حین نفوذ داخل بتن مسلح به الیاف فولادی از دستاوردهای مهم این تحقیق محسوب می شود.