Numerisk modellering av penetration i granit: En inledande studie av materialmodellering och beräkningstekniska utmaningar vid penetration i granit
2026 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Numerical Modeling of Penetration into Granite : An Exploratory Study of Material Modeling and Computational Challenges (English)
Abstract [sv]
Under kalla kriget byggde Sverige ett omfattande system av berganläggningar i hårt kristallint berg, ofta granit, varav många fortfarande är relevanta urett försvarsperspektiv. Utvecklingen av moderna markpenetrerande vapen harförnyat intresset för granitens penetrationsmotstånd. Som en inledande studiesyftar detta arbete till att bredda förståelsen för modellering av penetration igranit, särskilt materialets beteende under de höga tryck och höga töjningshastigheter som kännetecknar detta belastningsfall.I arbetet utvecklas en tvådimensionell axisymmetrisk numerisk modell i LSDYNA med RHT-materialmodellen, för att återge stelkroppspenetration i intakt granit inom hastighetsintervallet 400–1200 m/s. Modellen utvärderas motskjutförsök i liten skala utförda vid FOI.Modellen återger penetrationsdjupet i intakt granit. Penetrationsdjupet ökarlinjärt med anslagshastigheten, men simuleringarna överskattar genomgående Lundbergs mätningar, med tilltagande avvikelse vid högre hastigheter. Givet granitens naturliga spridning bedöms överensstämmelsen ändå godtagbar.Modellen återger även hålkanal och krossad zon i linje med de experimentella observationerna. Radiella dragsprickor uppstår också i simuleringarna, menexperimenten saknar motsvarande data att jämföra dessa mot.Lagrangeformuleringen med erosion fungerar för ingenjörsmässiga syften, menerosionen är fysikaliskt felaktig, elementstorleksberoende och påverkar penetrationsdjupet betydligt. RHT-modellen återger djupet relativt väl, men bestämningen av materialparametrarna är förenad med stora osäkerheter, särskilt resthållfastheten. Modellen lämpar sig för kvalitativa jämförelser, men uttalandenom fysikaliska magnituder kräver att beräkningsteknik och materialmodellering klarläggs ytterligare.
Abstract [en]
During the Cold War, Sweden built extensive underground facilities in hardcrystalline rock, often in granite, many of which remain relevant today. Theemergence of modern earth-penetrating weapons has renewed interest in thepenetration resistance of granite. As an exploratory study, this thesis aims tobroaden the understanding of how penetration in granite can be modelled, inparticular the material behaviour under the high pressures and high strain ratesthat characterise this loading case.The work develops a two-dimensional axisymmetric numerical model in LSDYNA, using the RHT constitutive model, to reproduce rigid-body penetrationof intact granite in the range 400–1200 m/s. The model is compared againstsmall-scale penetration experiments performed at FOI.The model reproduces the penetration depth in intact granite. Penetration depthincreases linearly with impact velocity, but the simulations consistently overestimate Lundberg’s measurements. Given the natural scatter in granite, theagreement is nonetheless deemed acceptable. The model also reproduces thepenetration tunnel and crushed zone consistent with the experimental observations. Radial tensile cracks form in the simulations as well, but the experimentsreport no corresponding data against which these can be compared.The Lagrangian formulation with erosion works for engineering purposes, buterosion is physically incorrect, element-size dependent, and significantly affects penetration depth. The RHT model reproduces depth reasonably well, butdetermining the material parameters entails considerable uncertainty, particularly the residual strength. The model suits qualitative comparisons, but statements about physical magnitudes require both the numerical methodology andmaterial modelling to be clarified further.
Place, publisher, year, edition, pages
2026.
Series
TRITA-ABE-MBT ; 26314
Keywords [en]
penetration, granite, rigid-body penetration, numerical modelling, LS-DYNA, RHT model, terminal ballistics
Keywords [sv]
penetration, granit, stelkroppspenetration, numerisk modellering, LS-DYNA, RHT-modell, slutballistik
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-387806OAI: oai:DiVA.org:kth-387806DiVA, id: diva2:2096859
External cooperation
Försvarets forskningsinstitut, FOI
Supervisors
Examiners
2026-08-312026-08-31