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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
The need for better and lighter armoured concepts is ever increasing. Weather due to the
challenges of the modern theatre of war, which require the vehicles to easily move in dense
urban areas and in vast soft grounded deserts, or by the nature of the increasingly ingenious
threats, traditional armour solutions fail to provide adequate protection.
The current work is part of a project intended to develop an armour solution that incorporates
cork in its composition. This work focuses on the study of metal alloys and their mechanical
characterization at low strain rates. For this purpose, a look is taken into the history and
evolution of armoured vehicles and the characteristics of the different materials adopted in
the course of armour development. The basic concepts associated with metal alloys loading
and deformation behaviour are described as well as the methodology usually employed when
preforming mechanical characterization of metals.
In order to determine the material constants required to create the strain hardening parameter
of the Johnson-Cook constitutive material model, quasi-static tests are conducted in 45
specimens composed of three rolling directions (0º, 45º and 90º) of 5 mm and 10 mm thick AW-
5083-H111 aluminium alloy and 2.2 mm thick Ramor 500 steel alloy. The strain data is processed
through strain gauges applied in the specimens’ surface and an in-house integrated digital
image correlation technique.
The experimental results show that the digital image correlation technique employed in this
study offers good results compared to both the strain gauge data and the similar examples from
the literature. It is also possible to note the difference in behaviour in the three cutting
directions in both alloys. Dynamic strain aging and instabilities of high frequency oscillation
phenomena are recorded on the aluminium alloy, just as expected from high magnesium
content alloys. The strain hardening constants and the Cockcroft-Latham failure criterion are
successfully extrapolated and compared to similar materials. As a general conclusion, this work
creates a good foundation for the full material characterisation on the larger spectrum of strain
rates and will allow for the future research necessary for the main project.
A necessidade para melhores e mais leves conceitos de blindagens é sempre crescente. Quer devido às dificuldades do campo de batalha moderno, que requerem que os veículos se movam facilmente nas densas áreas urbanas e em vastos desertos de terreno macio, quer pela natureza crescentemente engenhosa das ameaças, as blindagens tradicionais falham em fornecer proteção adequada. O presente trabalho, faz parte de um projeto com o propósito de desenvolver uma solução de blindagem que incorpore cortiça na sua composição. Este estudo irá focar-se em ligas metálicas e a sua caracterização mecânica a baixas taxas de deformação. Para este fim, é feita uma breve revisão da história e evolução de veículos blindados e as características dos diferentes materiais empregados no desenvolvimento de blindagens. Os conceitos básicos associados com o comportamento de carregamento e deformação de ligas metálicas são descritos assim como a metodologia normalmente utilizada aquando da execução da caracterização mecânica de metais. A fim de determinar as constantes do material necessárias para a criação do parâmetro de endurecimento de deformação do modelo constitutivo de material de Johnson-Cook, são realizados testes quase estáticos em 45 provetes compostos pelas três direções de rolamento (0º,45º e 90º) de alumínio AW-5083-H111 de 5 mm e 10 mm de espessura e aço Ramor 500 de 2,2 mm de espessura. Os dados da deformação são processados a partir de extensómetros aplicados na superfície dos provetes e por uma técnica de correlação digital de imagem caseira. Os resultados experimentais mostram que a técnica de correlação digital de imagem empregada neste estudo oferece bons resultados quando comparado com os dados dos extensómetros e com exemplos de materiais semelhantes da literatura. Também é possível denotar o comportamento diferenciado nas três direções de corte em ambas as ligas. Os fenómenos de envelhecimento dinâmico da deformação e instabilidades de oscilação de elevada frequência são registados na liga de alumínio, tal como esperado de ligas de elevado teor de magnésio. As constantes do endurecimento da deformação e do critério de falha de Cockcroft-Latham são extrapoladas com sucesso e comparadas com materiais semelhantes. Como conclusão geral, este trabalho cria uma boa fundação para a completa caracterização dos materiais num maior espetro de velocidades de deformação e vai permitir realizar a investigação necessária para o projeto principal.
A necessidade para melhores e mais leves conceitos de blindagens é sempre crescente. Quer devido às dificuldades do campo de batalha moderno, que requerem que os veículos se movam facilmente nas densas áreas urbanas e em vastos desertos de terreno macio, quer pela natureza crescentemente engenhosa das ameaças, as blindagens tradicionais falham em fornecer proteção adequada. O presente trabalho, faz parte de um projeto com o propósito de desenvolver uma solução de blindagem que incorpore cortiça na sua composição. Este estudo irá focar-se em ligas metálicas e a sua caracterização mecânica a baixas taxas de deformação. Para este fim, é feita uma breve revisão da história e evolução de veículos blindados e as características dos diferentes materiais empregados no desenvolvimento de blindagens. Os conceitos básicos associados com o comportamento de carregamento e deformação de ligas metálicas são descritos assim como a metodologia normalmente utilizada aquando da execução da caracterização mecânica de metais. A fim de determinar as constantes do material necessárias para a criação do parâmetro de endurecimento de deformação do modelo constitutivo de material de Johnson-Cook, são realizados testes quase estáticos em 45 provetes compostos pelas três direções de rolamento (0º,45º e 90º) de alumínio AW-5083-H111 de 5 mm e 10 mm de espessura e aço Ramor 500 de 2,2 mm de espessura. Os dados da deformação são processados a partir de extensómetros aplicados na superfície dos provetes e por uma técnica de correlação digital de imagem caseira. Os resultados experimentais mostram que a técnica de correlação digital de imagem empregada neste estudo oferece bons resultados quando comparado com os dados dos extensómetros e com exemplos de materiais semelhantes da literatura. Também é possível denotar o comportamento diferenciado nas três direções de corte em ambas as ligas. Os fenómenos de envelhecimento dinâmico da deformação e instabilidades de oscilação de elevada frequência são registados na liga de alumínio, tal como esperado de ligas de elevado teor de magnésio. As constantes do endurecimento da deformação e do critério de falha de Cockcroft-Latham são extrapoladas com sucesso e comparadas com materiais semelhantes. Como conclusão geral, este trabalho cria uma boa fundação para a completa caracterização dos materiais num maior espetro de velocidades de deformação e vai permitir realizar a investigação necessária para o projeto principal.
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Keywords
Blindagem Correlação Digital de Imagem Impacto Balístico Modelos Constitutivos. Testes de Tração