Численный анализ проникания в бетонную преграду макетов ударников с учетом влияния отделяемого поддона
Опубликовано: 17.11.2022
Авторы: Федоров С.В., Велданов В.А., Исаев А.Л., Перфильев А.Ю., Федорова Н.А.
Опубликовано в выпуске: #11(131)/2022
DOI: 10.18698/2308-6033-2022-11-2223
Раздел: Механика | Рубрика: Механика деформируемого твердого тела
На основе численного моделирования в рамках двумерной осесимметричной задачи механики сплошных сред проанализировано проникание в полубесконечную бетонную преграду макетов ударников диаметром 14 и 18 мм с начальной скоростью 1200 м/с без учета и с учетом влияния отделяемого поддона, используемого для разгона макетов в стволе баллистической установки. В процессе проникания макеты ударников и поддоны рассматривались как абсолютно твердые недеформируемые тела. Головная часть макетов ударников была конической с носовым притуплением или без него. Установлено положительное влияние притупления головной части на динамику проникания макетов ударников, заключающееся в увеличении их глубины проникания и снижении максимальной перегрузки, что связано, при наличии притупления, с проявлением кавитационного эффекта. При моделировании проникания макетов ударников, размещенных в отделяемом поддоне, зафиксировано уменьшение глубины проникания чуть более чем на 10 % при увеличении максимальной перегрузки по сравнению со случаем проникания в отсутствие поддона. Выявлена причина отрицательного влияния поддона на проникание макетов ударников, заключающаяся в возрастании касательных напряжений, действующих на поверхности контакта макетов с прилегающим слоем разрушенного бетона, вызванного поджатием этого слоя поддоном до тех пор, пока не происходит полное отделение поддона от макета ударника.
Литература
[1] Баженов Ю.М. Бетон при динамическом нагружении. Москва, Стройиздат, 1970, 271 с.
[2] Гениев Г.А., Киссюк В.Н., Тюпин Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона. Москва, Стройиздат, 1974, 316 с.
[3] Балаганский И.А., Мержиевский Л.А. Действие средств поражения и боеприпасов. Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2012, 408 с.
[4] Yankelevsky D.Z. Local response of concrete slabs to low velocity missile impact. International Journal of Impact Engineering, 1997, vol. 19, no. 4, pp. 331–343.
[5] Дубинский А.В. Обзор некоторых нетрадиционных приложений инженерной теории высокоскоростного проникания. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика, 2019, № 3, с. 125–139.
[6] Jinzhu L., Zhongjie L., Hongsong Zh., Fenglei H. Perforation experiments of concrete targets with residual velocity measurements. International Journal of Impact Engineering, 2013, vol. 57, pp. 1–6.
[7] Велданов В.А., Даурских А.Ю., Дудик Д.Е., Исаев А.Л., Сотский М.Ю., Федоров С.В. Экспериментальные и теоретические исследования влияния механических свойств бетона и бетонных конструкций на характер их деформирования при проникании скоростного ударника. Известия вузов. Физика, 2013, т. 56, № 7–3, с. 26–28.
[8] Teland J.A., Sjol H. Penetration into concrete by truncated projectiles. International Journal of Impact Engineering, 2004, vol. 30, pp. 447–464.
[9] Dancygier A.N., Yankelevsky D.Z. High strength concrete response to hard projectile impact. International Journal of Impact Engineering, 1996, vol. 18, no. 6, pp. 583–599.
[10] Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Optimization of penetration into geological and concrete shields by impactor with jet thruster. Journal of Mechanics of Materials and Structures, 2008, vol. 3, no. 4, pp. 707–727.
[11] Федоров С.В., Федорова Н.А., Велданов В.А. Использование импульса реактивной тяги для увеличения глубины проникания исследовательских модулей в малопрочные грунтовые преграды. Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук, 2014, № 4 (84), с. 53–63.
[12] Федоров С.В., Велданов В.А., Федорова Н.А. О возможности увеличения глубины проникания в грунтово-скальные преграды составных ударников с отстреливаемой в процессе взаимодействия хвостовой частью. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2019, № 1, c. 30–50.
[13] Федоров С.В., Федорова Н.А. Влияние прочностных свойств грунтово-скальной преграды на глубину проникания ударников при дополнительном действии импульса реактивной тяги. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2016, № 4, с. 40–56.
[14] Forrestal M.J., Lee L.M., Jenrette B.D. Laboratory-scale penetration experiments into geological targets to impact velocities of 2.1 km/s. Journal of Applied Mechanics, 1986, vol. 53, no. 2, pp. 317–320.
[15] Каминский М.В., Копытов Г.Ф., Киселев Ю.Г., Кочнев Ю.В., Могилев В.А., Фатеев Ю.А. Критическая скорость при внедрении ударников с конической носовой формой в грунтовые преграды. Сборник материалов III научной конференции Волжского регионального центра РАРАН «Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения». В двух томах. Саров, РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2004, т. 2, с. 642–647.
[16] Chen X.W., Fan S.C., Li Q.M. Oblique and normal perforation of concrete targets by a rigid projectile. International Journal of Impact Engineering, 2004, vol. 30, pp. 617–637.
[17] Chen X.W., Li X.L., Huang F.L., Wu H.J., Chen Y.Z. Normal perforation of reinforced concrete target by rigid projectile. International Journal of Impact Engineering, 2008, vol. 35, pp. 1119–1129.
[18] Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Analytical engineering models for predicting high speed penetration of hard projectiles into concrete shields: a review. International Journal of Damage Mechanics, 2015, vol. 24, no. 1, pp. 76–94.
[19] Forrestal M.J., Altman B.S., Cargile J.D., Hanchak S.J. An empirical equation for penetration depth of ogive-nose projectiles into concrete targets. International Journal of Impact Engineering, 1994, vol. 15, no. 4, pp. 395–405.
[20] Li Q.M., Chen X.W. Dimensionless formulae for penetration depth of concrete target impacted by a non-deformable projectile. International Journal of Impact Engineering, 2003, vol. 28, pp. 93–116.
[21] Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. High-speed penetration modeling and shape optimization of the projectile penetrating into concrete shields. Mechanics Based Design of Structures and Machines, 2009, vol. 37, no. 4, pp. 538–549.
[22] Warren T.L., Fossum A.F., Frew D.J. Penetration into low-strength (23 MPa) concrete: target characterization and simulations. International Journal of Impact Engineering, 2004, vol. 30, pp. 477–503.
[23] Unosson M., Nilsson L. Projectile penetration and perforation of high performance concrete: experimental results and macroscopic modeling. International Journal of Impact Engineering, 2006, vol. 32, pp. 1068–1085.
[24] Исаев А.Л., Велданов В.А. Модель упрочнения бетона при армировании. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2018, № 6, с. 34–43.
[25] Forrestal M.J., Frew D.J., Hickerson J.P., Rohwer T.A. Penetration of concrete targets with deceleration-time measurements. International Journal of Impact Engineering, 2003, vol. 28, pp. 479–497.
[26] Luk V.K., Forrestal M.J. Penetration into semi-infinite reinforced concrete targets with spherical and ogival nose projectiles. International Journal of Impact Engineering, 1987, vol. 6, no. 4, pp. 291–301.
[27] Баландин П.П. К вопросу о гипотезах прочности. Вестник инженеров и техников, 1937, № 1, с. 19–24.
[28] Белов Н.Н., Югов Н.Т., Копаница Д.Г., Югов А.А. Расчет прочности конструкций из бетонных и железобетонных плит при высокоскоростном ударе. Прикладная механика и техническая физика, 2005, т. 46, № 3, с. 165–173.
[29] Исаев А.Л., Селиванов В.В. Численная реализация физических соотношений для упрочняющейся упругопластической среды. Проблемы прочности, 1989, № 5, с. 47–49.
[30] Григорян С.С. Об основных представлениях динамики грунтов. Прикладная математика и механика, 1960, т. 24, № 6, с. 1057–1072.
[31] Федоров С.В., Велданов В.А., Смирнов В.Е. Численный анализ влияния скорости и прочности удлиненных ударников из высокоплотного сплава на глубину их проникания в стальную преграду. Вестник МГТУ им. Н.Э. Бау-мана. Сер. Машиностроение, 2015, № 1, с. 65–83.
[32] Федоров С.В. Численное моделирование формирования кумулятивных струй полусферическими облицовками дегрессивной толщины. Физика горения и взрыва, 2016, т. 52, № 5, с. 116–130.
[33] Федоров С.В., Бабкин А.В., Велданов В.А., Гладков Н.А., Ладов С.В. О высокоскоростном проникании стержней из пористого материала. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2016, № 5, с. 18–32.
[34] Frew D.J., Hanchak S.J., Green M.L., Forrestal M.J. Penetration of concrete targets with ogive-nose steel rods. International Journal of Impact Engineering, 1998, vol. 21, no. 6, pp. 489–497.
[35] Черняк Г.Б., Поварова К.Б. Вольфрам в боеприпасах. Москва, ЦНИИХМ, 2014, 355 с.