Numerical simulations of penetration of 9 mm Parabellum bullet into Kevlar layers – erosion selection in AUTODYN programme

Numerical model of penetration of 9 mm Parabellum bullet into Kevlar layers, with the use of AUTODYN programme was made. Simulations with bullet modeled by means of Smooth Particle Hydrodynamics-method and with armour coded by Lagrange grid were conducted. Simulations were performed for 20 layers of Kevlar (one layer: thickness - 0.3 mm, surface density - 220 g/m2) and for impact velocity 350 m/s. Mean velocity of the bullet and velocities of gauge points were compared. Gauge point representative for velocity of the bullet was indicated. In regards to too large deformations of the grid, initial simulation was interrupted. Erosion (cells removal) criteria were established in order to realize simulation. Influence of the erosion strain (value of strain for which cells are removed) onto the mass of removed cells and the residual velocity of the bullet were investigated. Simulations with neglect and respect to mass of removed cells in further calculations were performed. Erosion criteria for which further simulations should be conducted were indicated.

Z użyciem programu AUTODYN zbudowano model numeryczny wnikania pocisku Parabellum 9 mm w warstwy Kevlaru. Przeprowadzone zostały symulacje z pociskiem zamodelowanym metodą wygładzonej hydrodynamiki cząstek (SPH - Smooth Particle Hydrodynamics) i pancerzem przedstawionym za pomocą siatki Lagrange'a. Symulacje wykonane zostały dla 20 warstw Kevlaru (jedna warstwa: grubość – 0,3 mm; gęstość powierzchniowa 220 g/m2) i prędkości uderzenia pocisku 350 m/s. Porównana została prędkość średnia pocisku z prędkościami punktów pomiarowych. Wskazany został punkt pomiarowy reprezentatywny dla prędkości pocisku. Ze względu na zbyt duże odkształcenia siatki, które we wstępnej symulacji spowodowały przerwanie obliczeń, wprowadzone zostały kryteria erozji (usuwanie zniekształconych komórek). Spośród dostępnych w programie AUTODYN wskaźników odkształcenia wybrany został chwilowy wskaźnik odkształcenia (effective instantenous geometric strain). Zbadany został wpływ odkształcenia erozji na masę usuniętych komórek oraz prędkość szczątkową pocisku. Przeprowadzone zostały symulacje z pominięciem oraz uwzględnieniem masy usuwanych komórek w dalszych obliczeniach. Wskazane zostały kryteria erozji, dla których powinny być przeprowadzone dalsze symulacje.