Finite element simulations of drop indentations into oily clay

Under test av utstyr til personlig beskyttelse er det vanligvis en rekke krav som skal overholdes. En av de mest alminnelige testspesifikasjonene er utarbeidet av Amerikanske National Institute of Justice og finnes i 0101:06 standarden. I denne finnes en rekke krav til blant annet den leiren som benyttes som bakstøtte i ballistiske tester, Roma Plastilina. Leiren må testes i en ball drop test både før og etter det er brukt i testene på beskyttelsesutstyr. Siden det på Forsvarets forskningsinstitutt benyttes leire i mange ballistiske tester, er en bedre forståelse av denne leiren ytterst relevant. Dessverre er litteraturen mangelfull på dette området. For å studere den ballistiske leiren benyttet på Forsvarets forskningsinstitutt er et par eksperimentelle ball drop tester blitt utført. Anslaget av stålkulen mot leiren ble filmet med høyhastighetskamera for å tillate dynamikken i penetrasjonen å bli observert. Disse eksperimentelle resultatene ble benyttet som referansepunkter for en rekke numeriske simuleringer. Elementmetoden i IMPETUS Afea programvaren ble brukt til å undersøke om det var mulig å simulere ball drop testene på pålitelig vis. Simuleringene ble først utført med en enkel modell for leire, hvor innflytelsen av den enkelte parametere ble studert. På denne måte kunne relevante parametere og tilføyelser til materialmodeller finnes. Simuleringene viste at den initielle enkle modellen med lineær tøyningskurve ikke var tilstrekkelig god til å gjengi penetrasjonsdynamikken. I simuleringene viste stålkulen og leiren en for kraftig oscillasjon etter anslag. Andre og mer komplekse tøyningskurver ble testet, men bare med mindre forbedringer til følge. For å minske oscillasjonene i leiren etter anslag ble et dempningsledd innført i materialmodellen. Dette medførte mindre svingninger, men eksperimentene ble ennå ikke gjengitt på akseptabelt vis. Til slutt ble en viskoplastisk modell med innebygget demping testet. Med de rette materialparametere gjengav denne modellen de eksperimentelle resultatene på tilfredsstillende vis. Med de rette parametrene viste simuleringene med den viskoplastiske modellen akseptable resultater innen de grenser for tøyningsrate, temperatur og plastisitet som ble observert i eksperimentene. Modellen er tilfredsstillende til å bli brukt i mer komplekse simuleringer med anslag av et hardkjerneprosjektil mot harde keramikkplater, ettersom usikkerhetene i materialmodellene for keramikk og hardkjernen til prosjektilet er ganske store. Men ytterligere arbeid på modellen for leire er nødvendig, dersom modellen må benyttes i simuleringer hvor leiren har større innflytelse på dynamikken. Modellen er likevel tilstrekkelig god for de simuleringene som planlægges.