Отзыв_официального_оппонента_Герасимов_СИ (Математическое моделирование влияния слабых технологических возмущений на высокоскоростное взаимодействие деформируемых твердых тел с газовыми средами)

~ В диссертационный совет Д 212.141,15 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана Государственная иорпораипя ноагоиноа энергии «Рака!очи Федерадьиое государственное уигпарпое предирпилне РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ядеРный центР Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики ФГУП пРФЯЦ-ВНИИЭФо 007388. г Сарра!!иапгоролскосг одл. пр Мира л3 тслопап 35!535 "Малов" Факс83!303рооа Ь-пг*Н пааяппипс го На№ Отзыв официального оппонента Герасимова Сергея Ивановича на диссертацию Асмоловского Николая Александровича «Математическое моделирование влияния слабых технологических возмущений на высокоскоростное взаимодействие деформируемых твердых тел с газовыми средами», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05,13,18 — «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ» Актуальность темы диссертационной работы. Слабые возму1цения технологической природы существенно искажают протекание процессов кумуляции энергии взрыва, Круг таких процессов важен и широк: это формирование кумулятивных струй и компактных ядер, обладающих высокой скоростью.

Исследование этих процессов путем проведения физических экспериментов затруднительно в силу: и необходимости изготовления большого количества и значительной стоимости испытуемых образцов; ° большого количества влияющих факторов и сложности управления величиной этих факторов в процессе изготовления; ° случайного характера возмущений, влияющих на объект исследования, которые в общем случае носят полигармонических характер. При современном развитии компьютерной техники вычислительный эксперимент мог бы стать мощным инструментом исследования указанных процессов. Существующие в настоящее время пакеты программ, такие как Апауа Ашос1уп, 1.К-Рупа и др., с успехом используются при исследовании быстропротекающих процессов механики сплошной среды, 2 Однако математическое моделирование влияния слабых и случайных возмущений на процессы кумуляции энергии взрыва сталкивается со специфическими проблемами, которые требуют адаптации математических методов к условиям исследования.

К числу таких проблем следует отнести: ° Низкую производительность численного анализа воздействия продуктов детонации на тонкостенные оболочки, их скоростного пластического обжатия с образованием струй и компактных тел при использовании мелких сеток в Эйлеровых координатах. ° Низкую производительность анализа воздействия окружающей газовой среды при возмущенном движении компактных тел с гиперзвуковыми скоростями.

° Отсутствие программ введения полигармонических возмущений, обусловленных технологической природой, в исходные данные расчета. е Отсутствие программ идентификации компактных тел, движущихся в облаке отделившихся частиц„образовавшихся в результате физического и схемного разрушения, В связи с этим создание, верификаци|о и практическое использование специальных математических методов, направленных на решение указанных проблем, является актуальной научной задачей представленной диссертации. Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации. В диссертации вполне корректно использован известный математический аппарат, разработанный для численного анализа быстропротекающих процессов механики сплошной среды, а также современные подходы к вопросам создания специализированных моделей, алгоритмов и программ.

Разработанные алгоритмы и программы были проверены на тестовых задачах. Результаты представленной диссертации согласуются с известными результатами других авторов. В целом можно утверждать, что основные положения, выводы и рекомендации диссертации в достаточной степени обоснованы. Новизна и достоверность положений, выводов и рекомендаций. Признаками научной новизны обладает комплекс математических моделей, алгоритмов и программ, разработанный в целях численного исследования чувствительности процесса кумуляции взрывной энергии к влиянию слабых возмущений технологической природы.

Комплекс включает в себя: ° Алгоритм введения полигармонических погрешностей в расчетную схему путем перемещения узлов сетки в соответствии с заданными параметрами. ° Алгоритм определения кинематических и геометрических параметров, образующихся в процессе кумуляции энергии тел, основанный на поиске пути в графе топологии сетки. ° Математическую модель и алгоритм определения коэффициентов силового воздействия на сформированное при взрыве тело со 3 складчатой кормовой частью при его возмушенном движении с гиперзвуковой скоростью, который реализован в программном комплексе АэроЕФП и автоматически определяет область аэродинамической видимости.

Выводы и рекомендации диссертации также обладают новизной. Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что разработанные математические модели, численные методы и комплексы программ позволяют проводить анализ влияния возмущений технологической природы на геометрические, кинематические и аэродинамические параметры образующихся тел в процессе кумуляции энергии взрыва.

Результаты работы могут быть использованы при назначении допусков на геометрические параметры деталей устройств, реализующих процесс кумуляции. Разработан и зарегистрирован программный комплекс АэроЕФП (свидетельство о государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ Федеральной службы по интеллектуальной собственности Российской Федерации №2016617398 от 04.07.2016 г.), позволяющий проводить расчет аэродинамических коэффициентов параметризованной геометрической модели ВЭ со складками, движущегося с гиперзвуковой скоростью в атмосфере Земли с учетом влияния малых кинематических возмущений. В основе комплекса лежит алгоритм автоматического определения области аэродинамической видимости. Реализованные в комплексе положения и допущения позволякзт существенно сократить время расчета по сравнению с численными гидродинамическими решателями. Аналитические зависимости аэродинамических коэффициентов сформированного при взрыве цилиндроконического тела, полученные при использовании упрощенного аналога базовой модели обтекания„могут применяться при экспресс - оценках влияния кинематических возмущений, вызванных погрешностями, на параметры траектории полета.

Личный вклад соискателя. Все исследования, результаты которых изложены в диссертационной работе, проведены лично соискателем в процессе научной деятельности. Из совместных публикаций в диссертацию включен лишь тот материал, который непосредственно принадлежит соискателю; заимствованный материал обозначен в работе ссылками. Все основные обобц ения и выво ы выполнены лично авто ом. Оценка основного содержания диссертации. Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость полученных результатов, их достоверность„основные положения, выносимые на защиту, а также приведены данные о структуре и объеме диссертационной работы.

В первой главе приведен литературный обзор исследований„ посвященных математическому моделированию и численному исследованию процессов высокоскоростного деформирования менисковых облицовок взрывных устройств и гиперзвукового возмущенного движения образующихся при взрыве тел. Вторая глава посвящена математическому моделированию процесса кумуляции энергии взрыва с образованием и последующем гиперзвуковым 4 движением удлиненного тела со складчатой кормовой частью с учетом слабых возмущений технологической природы. Математическая модель взрывного обжатия менисковой оболочки, предложенная автором, реализована в диссертации в рамках подхода Лагранжа и позволила повысить производительность расчетов в несколько раз. В основу описания движения продуктов детонации взрывчатого вещества (ВВ), облицовки и корпуса КЗ положены законы механики сплошной среды.

Для описания параметров материала корпуса использовалась упругопластическая модель твердого тела. Поведение ВВ определяется уравнением состояния Джонса †Уилкин -Ли, а свойства материала облицовки представлены гидродинамической упругопластической моделью и уравнением состояния Ми - Грюнайзена. Математическая модель учитывает также разрушение материала облицовки по критериям предельной деформации и критического давления. Решение задачи проводилось методом конечных элементов при помощи программного комплекса! Б-глупа. Для удобства использования разработанного комплекса в работе предложен алгоритм перестройки сетки, который преобразует прямоугольную форму осесимметричных ячеек в косоугольную, а затем вводятся несимметричные возмущения с учетом амплитуд и фаз гармоник, Определение кинематических и геометрических параметров метаемого взрывом тела предложено проводить на основе бинарных файлов результатов расчетов 1.Я - Рупа, содержащих информацию о скоростях и координатах узлов, а также топологии конечно-элементной сетки облицовки.

Чтение файлов проводится при помощи командного интерфейса процессора 1.ЯРгеРой, после чего информация о скоростях и координатах сохраняется в матричном виде для удобства вычислений, Большую ценность представляет методика и алгоритм идентификации конфигурации тела, сформированного в процессе кумуляции взрывной энергии, и определения кинематических параметров его последуюшего метаемое тело, вычисляется масса и средняя скорость.

Проекция узлов элементов из множества А на ортогональные плоскости позволяет определить конфигурацию тела. Угол поворота ВЭ рассчитывается как угол между вектором, соединяющим центр масс ВЭ с головной частью, и вектором скорости набегающего потока при полете. Угловая скорость определяется путем дифференцирования угла поворота ВЭ по времени Третья глава посвящена математическому моделированию процесса силового взаимодействия газовой среды с телами, движущимися с гиперзвуковой скоростью в широком диапазоне изменения утла атаки. В основу положен метод Ньютона, а определения аэродинамических сил осуществлялось путем интегрирования в области аэродинамической видимости.

Предложенный подход позволил получить аналитические зависимости для расчета аэродинамических коэффициентов для формируемых взрывом осесимметричных тел в широком диапазоне углов атаки. 5 Для определения аэродинамических коэффициентов тел со складчатой кормовой части разработан численный алгоритм с автоматическим разрешением области аэродинамической видимости.