Методика расчетно-экспериментальной оценки параметров деформирования резиновых ударников
Авторы: Левин Д.П., Петюков А.В., Кудрявский А.Э.
Опубликовано в выпуске: #2(170)/2026
Раздел: Механика | Рубрика: Механика деформируемого твердого тела
Рассмотрена задача определения равновесных кривых «инженерное напряжение — инженерная деформация» для эластомеров при их динамическом нагружении в процессе ударного взаимодействия с недеформируемой стенкой. Для построения этой кривой необходимо определить параметры деформирования кинетических элементов с учетом их твердости и скорости при динамическом нагружении, но методики оценки этих параметров не существует. На основе более чем 80 экспериментов по обстрелу недеформируемой стенки резиновым кинетическим элементом, предложена методика расчетно-экспериментальной оценки параметров деформирования резиновых ударников разной твердости в диапазоне скоростей 10–120 м/с, характерных для поражающих элементов специальных средств нелетального кинетического действия. После проверки численной методики на сходимость решения проведено моделирование процесса взаимодействия резинового ударника с недеформируемой стенкой с использованием упрощенной модели резины. Осуществлен подбор равновесных кривых «инженерное напряжение — инженерная деформация» на основе экспериментально определенных параметров для ударников твердостью 55А и 80А по Шору сеточным и бессеточным методом с целью дальнейшего использования в численном моделировании ударного взаимодействия кинетических элементов с конечно-элементными моделями антропоморфных манекенов.
EDN BYEVDX
Литература
[1] Левин Д.П., Люшнин С.А. База данных «оружие нелетального действия» как инструмент прогнозирования рисков развития ОНД-технологий. Инженерный журнал: наука и инновации, 2015, вып. 3 (39), с. 1. DOI: 10.18698/2308-6033-2015-3-1378 URL: https://engjournal.bmstu.ru/catalog/arse/itae/1378.html
[2] Левин Д.П., Люшнин С.А. Реализация базы данных «Оружие нелетального действия». Инженерный вестник, 2013, № 10, с. 11.
[3] Левин Д.П., Селиванов В.В. Методический подход к оценке действия кинетических элементов по многокомпонентной цели. Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму, 2019, № 5–6 (131–132), с. 17–24.
[4] Bir C.A., Viano D.C. Design and Injury Assessment Criteria for Blunt Ballistic Impacts. The Journal of Trauma: Injury, Infection, and Critical Care, 2004, vol. 57, no. 6, pp. 1218–1224.
[5] Bir C.A. The Evaluation of Blunt Ballistic Impacts of the Thorax: PhD Thesis. Detroit, Michigan, Wayne State University, 2000, 215 p.
[6] Mertz H., Prasad P., Irwin A. Injury Risk Curves for Children and Adults in Front and Rear Collisions. Society of Automotive Engineers Technical Paper Series, 1997, Paper no. 973318, pp. 1–15.
[7] Gao D., Wampler C.W. Head injury criterion. IEEE Robotics & Automation Magazine, 2009, vol. 16, no. 4, pp. 91–102. DOI: 10.1109/MRA.2009.934824
[8] Oukara A., Robbe C., Nsiampa N., Papy A. Assessment of Non-Lethal Projectile Head Impacts. Journal of Dynamic Behavior of Materials, 2016, vol. 2, no. 3, pp. 301–312. DOI: 10.1007/s41314-016-0001-2
[9] Roth S., Torres F., Feuerstein P., Thoral-Pierre K. Anthropometric dependence of the response of a thorax FE model under high speed loading: validation and real world accident replication. Computer Methods and Programs in Biomedicine, 2013, vol. 110, no. 1, pp. 70–79. DOI: 10.1016/j.cmpb.2012.11.004
[10] Bodo M., Bracq A., Delille R., Marechal C., Roth S. Thorax injury criteria assessment through non-lethal impact using an enhanced biomechanical model. International Journal of Computational Methods, 2017, vol. 14, no. 4, paper 1740027. DOI: 10.1142/S0219519417400279
[11] Bracq A., Delille R., Bourel B., Maréchal C., Haugou G., Lauro F., Roth S., Mauzac O. Numerical Recreation of Field Cases on a Biofidelic Human FE Model Involving Deformable Less-Lethal Projectiles. Human Factors and Mechanical Engineering for Defense and Safety, 2019, vol. 3, pp. 1–15. DOI: 10.1007/s41314-019-0022-8
[12] Bouamal A., Lévesque H. Development and Validation of a Finite Element Human Thorax Model under Blunt Ballistic Trauma: internal report. Valcartier, Canada, 2007, 45 p.
[13] Stitzel J.D., Gayzik F.S., Hoth J.J., Mercier J., Gage D.H., Morton K.A., Duma S.M., Payne R.M. Development of a Finite Element-Based Injury Metric for Pulmonary Contusion Part I: Model Development and Validation. Stapp Car Crash Journal, 2005, vol. 49, pp. 1–32.
[14] Денисов А.В., Степанов М.Д., Харалдин Н.А., Степанов А.В., Боровков А.И., Жуков И.Е., Куринной Е.Д., Цуриков С.Г. Применение математической модели торса человека для моделирования заброневого воздействия в раневой баллистике. Вестник Российской Военно-медицинской академии, 2020, № 3 (71), с. 132–139.
[15] Денисов А.В., Сайков Н.Т., Жуков И.Е., Агафонов П.В. Анализ современных отечественных методик определения уровня заброневого воздействия при непробитии бронежилета. Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму, 2021, № 9–10 (159–160), с. 36–46.
[16] Беклемышева К.А., Васюков А.В., Петров И.Б. Численное моделирование динамических процессов в биомеханике сеточно-характеристическим методом. Журнал вычислительной математики и математической физики, 2015, т. 55, № 8, с. 1380.
[17] Levin D.P., Petyukov A.V., Arcivenko M.E., Astua A.V.G. Modeling of the kinetic element interaction with biological object. Human Factors and Mechanical Engineering for Defense and Safety, 2022, vol. 6, art. no. 5. DOI: 10.1007/s41314-022-00042-3
[18] Ouyang D., Qin C., Qin X., Zhang Q., Liu X. Numerical study on the blocking effect of skin on Flash-Ball Impact and damage assessment. Defence Technology, 2023, vol. 19, pp. 1–15. DOI: 10.1016/j.dt.2023.05.005
[19] Mooney M. A theory of large elastic deformation. Journal of Applied Physics, 1940, vol. 11, pp. 582–592.
[20] Rivlin R.S. Large elastic deformations of isotropic materials. IV. Further developments of the general theory. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, 1948, vol. 241, no. 835, pp. 379–397.
[21] Paviera J., Langlet A., Eches N., Jacquet J.-F. On ballistic parameters of less lethal projectiles influencing the severity of thoracic blunt impacts. Injury, 2013, vol. 44, no. 9, pp. 1160–1167. DOI: 10.1016/j.injury.2016.09.004
[22] Sahoo D., Robbe C., Deck C., Meyer F., Papy A., Willinger R. Head injury assessment of non-lethal projectile impacts: A combined experimental/computa-tional method. Injury, 2016, vol. 47, no. 9, pp. 1952–1961. DOI: 10.1016/j.injury.2016.09.004.
[23] Taylor G.I. The use of flat-ended projectiles for determining dynamic yield stress. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, 1948, vol. 194, no. 1038, pp. 289–299. DOI: 10.1098/rspa.1948.0081
[24] Kolling S., Du Bois P.A., Benson D.J., Feng W.W. A tabulated formulation of hyperelasticity with rate effects and damage. Computational Mechanics, October 2007, vol. 40, no. 5, pp. 885–899. DOI: 10.1007/s00466-006-0150