Vulnerability analysis of aircraft fuselage subjected to internal explosion

• Autorzy: Dacko A. , Toczyski J.

Warianty tytułu

PL

Analiza wrażliwości kadłuba samolotu na obciążenie wybuchem wewnętrznym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The most important task in tests of resistance of aircraft structures to the terorist threats is to determine the vulnerability of thin-walled structures to the blast wave load. For obvious reasons, full-scale experimental investigations are carried out exceptionally. In such cases, numerical simulations are very important. They make it possible to tune model parameters, yielding proper correlation with experimental data. Basing on preliminary numerical analyses - experiment can be planned properly. The paper presents some results of dynamic simulations of finite element (FE) models of a medium-size aircraft fuselage. Modeling of C4 detonation is also discussed. Characteristics of the materials used in FE calculations were obtained experimentally. The paper describes also the investigation of sensitivity of results of an explicit dynamic study to FE model parameters in a typical fluid-structure interaction (FSI) problem (detonation of a C4 explosive charge). Three cases of extent of the Eulerian mesh (the domain which contains air and a charge) were examined. Studies have shown very strong sensitivity of the results to chosen numerical models of materials, formulations of elements, assumed parameters etc. Studies confirm very strong necessity of the correlation of analysis results with experimental data. Without such a correlation, it is difficult to talk about the validation of results obtained from "explicit" codes.

PL

W pracy przedstawiono wybrane aspekty modelowania i symulacji numerycznych odporności struktury cienkościennego kadłuba lotniczego na obciążenia wywołane falą uderzeniową, generowaną przez wewnętrzną detonację ładunku wybuchowego o masie m0. Charakterystyki mechaniczne materiałów przyjęto z pomiarów eksperymentalnych. Zastosowano technikę sprzężenia oddziaływań między strukturą a płynem, Arbitrary Lagrangian-Eulerian, z opcją erozji zniszczonych elementów. Przeanalizowano mechanizmy zniszczenia struktury w zależności od lokalizacji ładunku wybuchowego. Rozpatrzono wpływ różnych parametrów modelu obliczeniowego na wyniki analiz. Zbadano również wpływ wymiarów przestrzeni eulerowskiej na wyniki. Wykazano bardzo silną wrażliwość analizy na przyjęte parametry, wybrane sformułowania elementów (opcje), modele materiałów. Wskazuje to na konieczność korelacji symulacji numerycznych z wynikami eksperymentalnymi. Bez możliwości takich porównań trudno mówić o walidacji modelu obliczeniowego.

Słowa kluczowe

EN

thin-walled structure; blast wave load; fluid-structure interaction; Arbitrary Lagrangian-Eulerian; ALE; finite element model; code LS-Dyna

PL

struktura cienkościenna; obciążenie falą uderzeniową; oddziaływanie płyn-struktura; metoda arbitrary Lagrangian-Eulerian; ALE; model elementów skończonych; kod LS-Dyna

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. LVIII, nr 4
• Strony: 393--406
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Dacko A.

autor

Toczyski J.

• Faculty of Power and Aeronautical Engineering, Warsaw University of Technology, Nowowiejska 24 Street, 00-665 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1] Wentzel C. M., van de Kasteele R. M. and Soetens F.: Investigation of Vulnerability of Aircraft Structure and Materials Towards Cabin Explosions, First International Conference on Damage Tolerance of Aircraft Structures, Delft, 2007.
• [2] Ashley S.: Safety in the sky: Designing bomb-resistant baggage containers, Mechanical Εngineering, pp. 81-84, June 1992.
• [3] Moon Y., Bharatram G., Schimmels S., Venkayya V.: Vulnerability and Survivability Аnalysis of Aircraft Fuselage Subjected to Internal Detonations, MSC World Users' Conference, Universal City, California, 1995.
• [4] Dacko A. and Toczyski J.: Structural Response of a Blast Loaded Fuselage, Journal of KONES, Vol. 17, No. 1, pp. 101-109, 2010.
• [5] Habas D. et al.: Selection and Design of Scaled Simplified Sub-Aerostructures, EU Project VULCAN: AST5-CT-2006-031011, VULCAN Deliverable D1.4, Tanagra, 2008.
• [6] Hallquist J. O., LS-DYNA V971, LSTC Co., Livermore, California, 2010.
• [7] Soutis, C. et al., Computational Simulation of blast effects on flat panels, EU Project VULCAN: AST5-CT-2006-031011, VULCAN 24m Meeting, Barcelona 2008.
• [8] Włodarczyk, Ε., Wstęp do mechaniki wybuchu [Introduction to Physics of Explosion], PWN Warsaw, 1994.
• [9] Lesuer, D., Failure Modeling of Titanium 6Al-4V and Aluminum 2024-T3 With the Johnson-Cook Material Model, Report FAA: DOT/FAA/AR-03/57, September 2003.