Simulation der Auswirkung von Minen zur Evaluierung von Einbauten in minengeschützten Fahrzeugen

Abstract

Minengeschützte Fahrzeuge stellen einen wesentlichen Bestandteil moderner Schutzkonzepte im militärischen Bereich dar. Aufgrund der langen Nutzungsdauer von bis zu über 30 Jahren sind technische Veränderungen von Einbauten unvermeidbar. Veränderungen in minengeschützten Fahrzeugen erfordern jedoch eine Evaluierung der Sicherheit und der damit verbundenen Beurteilung der Befestigungen, um das Versagen von Befestigungen und der damit verbundenen Bildung von Projektilen im Innenraum zu verhindern.Aufgrund der hohen Modellkomplexität und der Abwesenheit von öffentlich zugänglichen Modellen wird in dieser Diplomarbeit die Entwicklung eines Fahrzeugmodells zur Evaluierung der Auswirkung von Minen auf Einbauten bzw. Befestigungspunkten im Fahrzeuginnenraum dargestellt. Hierfür wird in LS-DYNA ein Load Blast Enhanced (LBE) und ein Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) Modell mithilfezugänglicher Literatur kalibriert und verifiziert und auf einen Massensimulator und ein Dodge Ram Fahrzeugmodell mit Unterbodenschutz angewandt.Die Kalibrierung ergibt einen maximalen relativen Fehler von 15% (LBE) und 12%(SPH) bei Elementgrößen kleiner als 14, 7 mm (LBE) bzw. einer Elementgröße von11mm bis 14,7mm mit einem Partikelabstand von 4mm bis 4,3mm (SPH).Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Bestimmung von kinematischen Größen an Befestigungspunkten mithilfe der vollständigen Fahrzeugmodelle durchführbar ist. Ein Vergleich mit den Massensimulatordaten zeigt, dass ein Vergleich der maximalen Geschwindigkeiten nicht zielführend ist. Die maximalen Beschleunigungswerte zeigen insgesamt ein ähnliches Verhalten, wobei die Spitzenwerte um bis zu einem Faktordrei variieren.

Mine-protected vehicles are a key component of modern military protection schemes. Due to service lives exceeding 30 years, technical modifications to installed components are inevitable. However, modifications to mine-protected vehicles require a thorough safety evaluation, including the assessment of fastening systems, in order to prevent failure and the resulting formation of projectiles inside the vehicle. Due to the high model complexity and the lack of publicly available models, this thesis presents the development of a vehicle model for evaluating the effects of mine blasts on installed components and fastening points within the vehicle interior. For this purpose, a Load Blast Enhanced (LBE) model and a Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) model are calibrated and validated in LS-DYNA based on available literature, and subsequently applied to a mass surrogate model and a Dodge Ram vehicle model equipped with underbody protection. The calibration shows a maximum relative error of 15% for the LBE model and 12% for the SPH model, achieved at element sizes below 14.7 mm (LBE) and between 11mm to 14,7mm with a particle spacing of 4mm to 4,3mm (SPH).The simulation results demonstrate that kinematic quantities at fastening points can be determined using full vehicle models. A comparison with the mass surrogate data shows that the evaluation based on maximum velocities does not reflect the observed behaviour. The maximum acceleration values exhibit generally similar behavior, with peak differences reaching up to a factor of three.