Отзыв официального оппонента (Моделирование процессов высокоскоростного удара и взрыва методом частиц с учетом фазовых превращений)

ОТЗЫВофициального оппонента по диссертации НЕЧУНАЕВА АлексеяФедоровича «Моделирование процессов высокоскоростного удараи взрыва методом частиц с учетом фазовых превращений»,представленной на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наук по специальности 01.02.04 «Механика деформируемого твердого тела»1. Актуальность темы диссертации.Актуальность рассматриваемых в диссертационной работе задачобусловлена прежде всего тем, что имеется большая потребность в расчетепоследствий высокоскоростного удара и взрыва в целом ряде важныхприкладных проблем, среди которых можно отметить следующие три.Во-первых, для задач исследования эффективности гашения кинетическойэнергии высокоскоростного ударника в условиях околоземного космическогопространства для защиты летательных аппаратов от микрометеоритов и частицтехногенного космического мусора.

Объем техногенного космического мусорарастет с каждым годом в геометрической прогрессии, что делает использованиеближнего космоса в народно-хозяйственных целях, в том числе навигационных,военных всё более затруднительным и опасным. Известно, что разнесенныезащитные экраны, предложенные в своё время Уипплом, достаточно эффективнопоглощают энергию ударника, синтезируя после пробития первой преградывместо летящего компактного тела облако осколков, кинетическая энергиячастиц которого во значительно меньше энергии компактного ударника. Однако,известные вычислительные модели пробивания многослойных и разнесенныхпреград, а также преград, заполненных жидкостью или газом, требуютдальнейшего совершенствования, а существующие эмпирические истатистические модели для однослойных преград не удовлетворяютпотребностям эффективной защиты современных космических аппаратов.Во-вторых, для исследования эффективности гашения энергииудлиненных ударников-стержней из материалов высокой плотности, воздействиякумулятивных струй в задачах защиты военной техники.

Проектированиеэффективных защитных экранов от таких воздействий также является задачей,которая ложится на вычислительные модели.В-третьих, актуальными являются защита от террористических актов и ихпредупреждение как в Российской Федерации, так и других странах.Детектирование взрывных устройств, размещенных на телах террористовсамоубийц, является непростой задачей. Различные методы и технологии,включая детектирование паров взрывчатых веществ с помощью масс1спектрометрии, газовой хроматографии, хемилюминесценции, спектрометрииионной подвижности, а также других методов, неэффективны в условияхнепрерывного потока людей, например, у входов в транспортные терминалы илиместа большого скопления людей.

Одним из способов снижения опасности иразрушительной силы теракта является применение специальных шлюзов сбольшой пропускной способностью. Известно, что взрывную волну хорошогасит двухфазная среда, однако эффективные вычислительные моделираспространения ударной волны внутри шлюза в настоящее время отсутствуют.Без предварительного анализа последствий взрыва внутри шлюза сиспользованием численного моделирования невозможно качественно егоспроектировать. Кроме того, ежедневно на станциях и в вагонах обнаруживаютсябесхозные предметы, требующие проверки, которая не привела бы к жертвам.Поэтому вопросы анализа последствий взрыва в компактных устройствахразличных конфигураций, предназначенных для минимизации воздействийвзрыва и состоящих в основном из двухфазной среды, также весьма актуальны.Таким образом, тема диссертационной работы Нечунаева А.Ф.,посвященной моделированию высокоскоростного удара и взрыва с учетомнеобратимого деформирования, в том числе фазовых превращений, разрушенияявляется безусловно актуальной.2.

Основные результаты работы и научная новизна.К основным результатам представленной работы следует отнестиследующее.- Для задачи высокоскоростного удара сферического элемента авторустановил значения параметров модели материала Джонсона-Кука, котораяучитывает возникновение жидкой фазы материала – материал плавится в зонеконтакта двух тел, в зоне взаимодействия ударника с преградой, когда ударниксрабатывается при взаимодействии с преградой.

Результаты применениявычислительной модели Нечунаева А.Ф. с найденными параметрами провереныхорошим согласием с лазерными тенеграммами натурного эксперимента;- Установлено, что игольчатая структура преграды гораздо эффективнеепротивостоит высокоскоростному удару. При сравнении удара в игольчатуюструктуру с ударом ударника такой же формы и массы в монолит пробойнаступает при большей начальной скорости.

Показано, что характер образованияоблака осколков при отклоненном ударе на 5 градусов качественно неотличается от характера при нормальном ударе.- Построена вычислительная модель распространения ударной волнывнутри шлюза, состоящего из двухфазного материала, учитывающая поглощениеопределенной доли энергии средой, а также частичное отражение волн отстенок. Показано, что амплитудные значения по давлению ударной волны напериферии за стенкой шлюза в 4 раза ниже по сравнению с такими же2значениями давления в условиях открытого подрыва.

Автором проведеносравнение вычислительного эксперимента, когда шлюз представлен средойплотностью 600 кг/м3, с экспериментом, в котором шлюз моделируется жесткойстенкой. Завышенные значения по виртуальным датчикам давления в случаерасчета с жесткой стенкой говорят о высокой эффективности принятой длямоделирования двухфазной среды.Кроме основных результатов, имеются и следующие.Показано, что при высокоскоростном ударе в разнесенную преградунесферическим ударником, ударником цилиндрической или кубической формы,когда удар происходит ребром ударника к преграде, подавление энергииударника второй преградой не может быть выполнено увеличением расстояниямежду первой и второй преградой, поскольку облако осколков расширяетсяочень неравномерно – основная масса осколков от пробития первой преградынаходится на оси удара.Автором построена вычислительная модель распространения ударнойволны внутри сфер из воды.

Получены решения 2-х сопряженных задач: спустотной прослойкой между зарядом и водой и без нее. Найдены суммарныезначения кинетической энергии по частицам воды для указанной пары задач.3. Обоснованность и достоверность результатов работы обеспечиваетсястрогостью механико-математической постановки задач и использованиемапробированных методов расчета и программ, а также хорошим совпадениемрезультатов расчетов с экспериментальными данными.4.

Практическая ценность работы.Считаю, что наиболее важная практическая значимость диссертационнойработы Нечунаева А.Ф. заключается в том, что полученный результат поэффективности игольчатой структуры позволяет проектировать защитныеэкраны для космических аппаратов, существенно превышающие похарактеристикам существующие. Более того, такого рода защитные экранымогут быть достаточно легкими и эффективными в условиях межпланетныхперелетов, когда скорости микрометеоритов достигают 50-70 км/с и более.Представленную в диссертации численную модель распространенияударной волны внутри шлюза можно применять для проектированиявзрывозащитного шлюза, который значительно лучше гасит взрывную волну посравнению с открытым подрывом. В связи с этим, представляется возможностьпроектирования шлюзов такого рода для транспортных терминалов с различнойгеометрией, толщиной стенки, с варьированием плотностью заполняющейстенки шлюза двухфазной среды.Также в диссертации показано, что при детонации сферического заряда3внутри водяной сферы передача кинетической энергии воде, когда междувзрывчатым веществом и водой присутствует прослойка с существенносниженной плотностью, в 2 раза ниже по сравнению с постановкой, когда такаяпрослойка отсутствует.

Этот факт открывает перспективы создания целогонабора небольших мобильных устройств для подавления взрыва с прослойкойпониженной плотности внутри.5. Апробация работы.Основные положения и результаты диссертации достаточно полноопубликованы в печати: 6 работ, в том числе 4 статьи - в изданиях из списка,рекомендованного ВАК Российской Федерации, причем 3 из них включены всистему цитирования базы данных Scopus. Результаты исследований былидоложены на 9 научных и научно-технических форумах, включая имеждународный уровень, научно-исследовательских семинаров вузов. Считаю,что рецензируемая диссертационная работа в полной мере опубликована иапробирована.6. Рукопись и автореферат диссертации написаны достаточно ясными понятным научным языком.Содержание диссертации достаточно полно, подробно и четко раскрываетпостановки задач, методы их решения и полученные результаты.

Авторефератполно отражает содержание диссертации, даёт чёткое представление о работе, ио полученных в ней результатах. Оформление диссертации и автореферата восновном соответствует общепринятым требованиям.7. Замечания.Недостатков, ставящих под сомнение справедливость полученных авторомрезультатов, сделанных выводов и предложенных рекомендаций в диссертацииобнаружено не было. Тем не менее, по существу, и по оформлениюдиссертационной работы Нечунаева А.Ф. можно сделать следующие замечания.1. В связи с тем, что автор выполняет проверку работы построенной имвычислительной модели сначала на скоростях ~ 4 км/с, а затем на скоростях ~ 20км/с и при этом использует одну и ту же модель материала в форме ДжонсонаКука, следовало бы попробовать установить ограничения на использованиевычислительной модели и ее параметров, поскольку в одних случаях будетвозникать плавление материала, а в других, на более высоких скоростях, кромеплавления – испарение материала.2.

В связи с тем, что автор в п. 5.1 работы указывает на то, чтоправомерность применения системы уравнений механики сплошной среды дляоблака осколков имеет под собой недостаточные основания, то следовало быуказать ограничения на использование системы уравнений МСС для метода4частиц, который использует автор для вычислительного моделированиявысокоскоростного удара двух ударников (пределы параметра сглаживания,пределы диаметра частиц и т.д.).3.