Impacts on cohesive frictional geomaterials

ABSTRACT

A local behavior law, which includes elasticity, plasticity and damage, is developed in a three dimensional numerical model for concrete. The model is based on the Discrete Element Method (DEM) and the computational implementation has been carried out in the numerical Code YADE. This model was used to study the response of a concrete slab impacted by a rigid missile. To do so, the model was first used to simulate compression and hydrostatic tests. Once the local constitutive law parameters of the discrete element model were calibrated, the numerical model simulated the impact of a rigid missile used as a reference case to be compared to an experimental data set. From this reference case, simulations were carried out to show the importance of compaction during an impact and how it expands depending on the different impact conditions. Moreover, the numerical results were compared to empirical predictive formulae for penetration and perforation cases, demonstrating the importance of taking into account the local compaction process in the local interaction law between discrete elements.

RÉSUMÉ

Une loi de comportement locale élastique-plastique avec endommagement a été développée dans un modèle numérique tridimensionnel pour étudier le béton. Ce modèle fondé sur la Méthode des Eléments Discrets (MED) a été intégré dans le code de calcul YADE. Le modèle numérique a été utilisé pour étudier la réponse de voiles de béton soumises à des impacts de missile rigide. Pour cela, il a d'abord été utilisé pour simuler des tests de compression en configuration statique afin de fixer les paramètres de la loi de comportement locale. Ensuite, un cas d'impact de missile rigide a été simulé et comparé aux observations expérimentales. A partir de ce cas de référence servant de validation, d'autres simulations ont été réalisées afin de montrer l'importance du processus de compaction durant l'impact. Enfin, les résultats obtenus numériquement ont été comparés à des lois semi-empiriques, utilisées pour prédire les cas de pénétration et de perforation. Là encore, l'importance de la prise en compte de la compaction dans les modèles numériques a été confirmée pour évaluer quantitativement la longueur de pénétration ou la limite de perforation.

KEYWORDS:

• impact missile
• compaction
• concrete model
• discrete element method

MOTS-CLÉS:

• impact de missile rigide
• compaction
• modèle numérique de béton
• méthode des éléments discrets