DEVELOPMENT AND APPLICATION OF HIGH STRAIN RATE CONSTITUTIVE MODELS IN HYDROCODES

Résumé
Un prérequis à la modélisation liée au dimensionnement d'ogives nucléaires et aux concepts correspondants est une compréhension fondamentale des réponses des matériaux sous des chargements très variés, allant du comportement élastique aux comportements plastique et hydrodynamique. Cet article décrit le développement et la mise en oeuvre au R.A.R.D.E. de lois de comportement améliorées prenant en compte les grandes vitesses de déformations pour une utilisation dans les hydrocodes. Les modèles déduits de la physique sont à même de décrire le comportement en déformation observé, et sont basés sur les travaux d'Armstrong et Zerilli. Ce modèle a été modifié et les paramètres identifiés pour les matériaux étudiés au RARDE à la fois dans leur état vierge et leur état choqué. L'importance de disposer d'un modèle semi-empirique (par ex. Johnson-Cook) est mise en évidence. L'utilisation originale d'hydrocodes en simulation d'essais de caractérisation donne un point de vue supplémentaire à la méthode d'analyse employée pour l'identification du modèle de comportement. Nous présentons des résultats qui fournissent une preuve irréfutable de la validité du modèle d'Armstrong-Zerilli pour un acier pur dans l'espace vitesse de déformation-défomation-températures pour les matériaux impactés ou par l'application réussie de ce modèle à la formation d'un projectile par charge explosive est aussi démontrée.

Abstract
A pre-requisite to the numerical modelling of warhead designs and concepts is a basic understanding of how materials behave under various loads, ranging from elastic to plastic through to hydrodynamic. This paper describes the development and application at RARDE of improved high strain rate material models for use in hydrocodes. These physically derived models are capable of describing the observed deformation behaviour and are based on the work of Armstrong and Zerilli. This model has been modified and constants derived for RARDE based material, both unshocked and shocked. The importance of having a physically based constitutive model, as opposed to a purely semi-empirical type model (e.g Johnson-Cook) is illustrated. The novel use of the hydrocodes in the simulation of the experimental material tests is shown to provide an extra insight into the method of analysis used in the derivation of a constitutive model. Results are presented which provide powerful evidence of the validity of the Armstrong-Zerilli model for pure iron in the high strain-rate, strain, and temperature regimes for both unshocked and shocked material. The successful application of this model to explosively formed projectile formation studies is also illustrated.