FEM Simulations of Impact Loads on Thermoplastic Structures

Abstract

Thermoplastics are increasingly used in structures where maintaining the structural integrity is important. Finite element analyses are used in order to calculate structural response caused by impact loads and require material models able to predict correct material behaviour.

Thermoplastics tend to have a strong dependency on loading mode and rate of loading, and these effects are therefore discussed in order to understand plastics material behaviour. Use of elasto-plastic models for thermoplastics is investigated. This thesis focus on the use of already software implemented material models showing promising results in literature. Main focus is on the explicit FEM code LS-Dyna, and material models for use with LS-Dyna have been suggested.

In order to gain insight into strain-rate effects LS-Dyna have been used with an elasto-plastic material model MAT 24 with strain-rate dependent post-yield behaviour. A tensile impact test at various impact velocities has been simulated. Results show good correspondence at lower velocities, whereas deviations occur at higher velocities.

Termoplaster blir i økende grad benyttet i konstruksjoner hvor konstruksjonens integritet er viktig. Analyser basert på elementmetoden blir benyttet for å beregne en konstruksjons respons utsatt for støt-laster. Analysene krever materialmodeller som kan beskrive materialoppførselen på en riktig måte.

Termoplaster blir i stor grad påvirket av lasttype og har en sterk rateavhengighet, disse effektene er drøftet for å forstå termoplastikkens materialoppførsel. Bruken av elasto-plastiske materialmodeller er også drøftet. Denne oppgaven omhandler bruken av materialmodeller som allerede er inkludert i programvare og diskutert i vitenskapelig litteratur. Eksplisitt elementmetode programmet LS-Dyna er benyttet, og materialmodeller er foreslått for bruk med LS-Dyna.

For å forstå innvirkningen av rate-effekter er dette studert i LS-Dyna med MAT24,en elasto-plastisk modell med tøyningsrateavhengig plastisk oppførsel. Et forsøk for bestemmelse av strekkslagfasthet er analysert for forskjellige slaghastigheter. Ved lavere hastigheter viser resultatene godt samsvar med fysiske forsøk, mens ved høyere hastigheter avviker resultatene.