Особенности математического моделирования разрушения керамических пластин под воздействием высокоскоростных ударников
Опубликовано: 10.12.2021
Авторы: Петюков А.В., Грин К.А.
Опубликовано в выпуске: #12(120)/2021
DOI: 10.18698/2308-6033-2021-12-2133
Раздел: Механика | Рубрика: Механика деформируемого твердого тела
Рассмотрены вопросы математического моделирования пробития керамических бронепанелей высокоскоростными цилиндрическими ударниками. С использованием программного комплекса LS-DYNA разработана соответствующая методика численного моделирования: выбран метод моделирования, подобраны размеры расчетных ячеек, значения числа Куранта, а также значения линейных и квадратичных коэффициентов псевдовязкости. Путем сравнения результатов расчета с экспериментальными данными показано, что лагранжевы и эйлеровы численные методики, в отличие от метода SPH (метода сглаженных частиц), неудовлетворительно воспроизводят процесс расщепления ударной волны на упругий предвестник и пластическую волну. Определены также характерные размеры выбиваемой из керамической преграды конической пробки, и показано влияние масштабного эффекта на качественную картину разрушения керамики: с увеличением толщины преграды увеличивается угол полураствора выбиваемого из материала конуса.
Литература
[1] Судник Л.В., Галиновский А.Л., Колпаков В.И., Муляр С.Г., Абашин М.И., Проваторов А.С. Модернизация технологии оценки эксплуатационных динамических свойств композиционной конструкционной керамики путем использования гидроабразивной ультраструи. Наука и образование, 2014, № 3, с. 15–23. URL: http://engineering-science.ru/doc/701307.html (дата обращения 01.11.2021). DOI: 10.7463/0314.0701307
[2] Галиновский А.Л., Колпаков В.И., Муляр С.Г. Анализ эффективности различных средств индивидуальной бронезащиты. Наука и образование, 2012, № 3, с. 1–13. URL: http://technomag.edu.ru/doc/342101.html (дата обращения 01.11.2021).
[3] Кобылкин И.Ф., Горбатенко А.А. Аналитическая модель пробития керамико-металлических защитных преград и их оптимизация. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2018, № 2 (119), с. 17–30. DOI: 10.18698/0236-3941-2018-2-17-30
[4] Слуцкер А.И., Синани А.Б., Бетехтин В.И., Кадомцев А.Г., Орданьян С.С. Твердость микропористой SiC-керамики. Журнал технической физики, 2008, т. 78, вып. 12, с. 59−64.
[5] Ульянов В.Л., Ботаки А.А., Поздеева Э.В. Упругие и акустические свойства керамических диэлектриков. Известия Томского политехнического университета, 2006, т. 309, № 2, с. 27–31.
[6] Гриневич А.В., Лавров А.В. Оценка баллистических характеристик керамических материалов. Труды ВИАМ, 2018, № 3 (63), с. 95–102. DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-3-95-102
[7] Анискович В.А., Ермоленко А.Ф., Кульков А.А. Комплексный научно-технологический подход к созданию легкой полимеркерамической брони. Авиационные материалы и технологии, 2018, № 4 (53), с. 45–54. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-4-45-54
[8] Овсиенко А.И., Румянцев В.И., Беспалов И.А., Сильников Н.М. Перспективы применения реакционноспеченного карбида бора в качестве броневой керамики. Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму, 2015, № 7-8 (85-86), с. 95–101.
[9] Беспалов И.А., Галиновский А.Л., Муляр С.Г. Сравнительный анализ двух экспресс-методик оценки баллистических свойств керамических материалов. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, 2011, № 4-3 (288), с. 139–144.
[10] Беспалов И.А., Григорян В.А., Кобылкин И.Ф. Экспериментальное определение времени задержки проникания высокоскоростных ударников в керамическую броню. Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму, 2011, № 3-4, с. 84–88.
[11] LS-DYNA Theory Manual. Livermore Software Technology Corporation (r:11261), 2019. URL: https://ftp.lstc.com/anonymous/outgoing/jday/manuals/DRAFT_Theory.pdf (дата обращения 01.11.2021).
[12] Grady D.E., Moody R.L. Shock compression profiles in ceramics. Sandia National Laboratories Reports, 1996, no. SAND96-0551, pp. 53–63. URL: https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc666115/m2/1/high_res_d/211375.pdf (дата обращения 01.11.2021).
[13] Бабкин А.В., Колпаков В.И., Охитин В.Н., Селиванов В.В. Прикладная механика сплошных сред. Т. 3: Численные методы в задачах физики быстропротекающих процессов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006, 521 с.
[14] Steinberg D. Equation of State and Strength Properties of Selected Materials. Lawrence Livermore National Laboratory, 1991, pp. 1–11.
[15] Selected Hugoniots. Los Alamos Scientific Laboratory Report, 1969, LA-4167-MS.
[16] Dattelbaum D.M., Coe J.D., Kiyanda Ch.B., Gustavsen R.L., Patterson B.M. Reactive, anomalous compression in shocked polyurethane foams. J. of Applied Physics, 2014, vol. 115, no. 17, pp. 174908–174908-12. DOI: 10.1063/1.4875478
[17] Saint-Michel F., Chazeau L., Cavaillé J.-Y., Chabert E. Mechanical properties of high density polyurethane foams: I. Effect of the density. Composites Science and Technology, Elsevier, 2006, no. 66, pp. 2700–2708. DOI: 10.1016/j.compscitech.2006.03.009
[18] Patel P.S.D., Shepherd D.E.T., Hukins D.W.L. Compressive properties of commercially available polyurethane foams as mechanical models for osteoporotic human cancellous bone. BMC Musculoskeletal Disorders, 2008, vol. 9, no. 137. DOI: 10.1186/1471-2474-9-137
[19] Marsh S.P. (ed.) Lasl Shock Hugoniot Data. University of California Press, 1980, pp. 212–474.
[20] Johnson G.R., Holmquist T.J. Response of boron carbide subjected to large strains, high strain rates, and high pressures. J. of Applied Physics, 1999, vol. 85, no. 12, pp. 8060–8073. DOI: 10.1063/1.370643
[21] Орленко Л.П., ред. Физика взрыва. Т. 1. 3-е изд., Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2004, 831 с.
[22] Григорян В.А., Кобылкин И.Ф., Маринин В.М., Чистяков Е.Н. Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования. Москва, РадиоСофт, 2008, 406 с.
[23] Кобылкин И.Ф. Механика пробивания керамических преград. Физика горения и взрыва, 2017, т. 53, № 1, с. 123–128. DOI: 10.15372/FGV20170115