Моделирование процессов пробивания композитных текстильных преград

Моделирование процессов пробивания композитных текстильных преград

УДК 539.3

Моделирование процессов пробивания композитных

текстильных преград

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

Предложена математическая модель деформирования текстильных композици-

онных материалов на основе арамидных волокон при ударно-волновых воздействи-

ях. Модель учитывает такие особенности деформационных характеристик дан-

ных материалов, как деформируемость без разрушения при конечных значениях

деформаций, существенное различие диаграмм деформирования при растяжении и

сжатии, зависимость этих диаграмм от скорости нагружения, наличие псевдо-

пластических свойств материалов, обусловленных вытягиванием нитей из ткани

и др. Модель также учитывает вязкоупругие свойства арамидных волокон, по-

вреждаемость и разрыв волокон в текстильных материалах при их пробивании.

Сформулирована постановка задачи динамического деформирования текстильных

композиционных материалов. Для ее решения в двумерной постановке применен

метод ленточных адаптивных сеток. Приведены пример численного решения за-

дачи о пробивании жестким ударником преграды из текстильного композита

и сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными.

Ключевые слова:

текстильные композиционные материалы, динамические про-

цессы, удар, пробивание, численное моделирование, конечные деформации, пласти-

ческие деформации, вязкоупругие деформации, арамидные волокна.

Введение.

Композиционные материалы на основе арамидных тка-

ней при ударных воздействиях проявляют специфические физико-

механические свойства, обеспечивающие значительное поглощение

энергии удара и сопротивляемость проникающему воздействию удар-

ников. Перечислим основные из этих особенностей [1, 2].

Нелинейно-упругий характер деформирования тканей в соста-

ве текстильных композиционных материалов (ТКМ) при растяжении

по основе и утку (рис. 1), обусловленный распрямлением волокон

в тканях, которые в исходном состоянии находятся в искривленном

положении.

Вязкоупругий характер деформирования ТКМ, проявляемый

в различии диаграмм растяжения–сжатия при активном и пассивном

нагружениях (рис. 2). О вязкоупругом характере арамидных волокон

достаточно хорошо известно и из других данных, например, из ре-

зультатов измерения температуры саморазогрева органопластиков

при интенсивном циклическом нагружении [3].

Вязкопластический характер деформирования и разрушения

волокон при растяжении, который проявляется в зависимости проч-

ности и предельной деформации разрыва ТКМ от скорости деформи-

рования.