Диссертация (1026060), страница 14
Текст из файла (страница 14)
По результатам исследованийпредложен достаточно простой и надежный вариант конструкции. Днище быловыполнено в виде плоской двухслойной панели из материала АМг6 толщиной 30х2мм что позволило разнести сварные швы. На Рис. 4.11 – Рис. 4.14 представленвариант защитной конструкции и результаты расчетов. На Рис. 4.16 – Рис. 4.17представлены результаты натурных испытаний, подтверждающие эффективностьвыбранной конструкции.Цветσв, МПаσт, МПаδ, %ДетальМатериал189939сваркаАМг6295*135*6*пластина315*155*15*уголок*Механические свойства для сплава АМг6, изготовленного по ГОСТ 4784 - 97Рис. 4.11. Расчетная модель защиты днища119Днище закреплено с помощью приваренных вертикальных стенок, которыекрепятся к стенду болтами.а)ПЕРЕМЕЩЕНИЯ (Максимальные динамические=18,5 см)Распределение перемещений в период времени т=0,0033 с.б)НАПРЯЖЕНИЯ (МАХ=295 МПа)Распределение НАПРЯЖЕНИЙ в период времени т=0,0033 с.Рис.
4.12. Прогиб днища (а), напряжения в днище (б)120а)%543210б)0м1234567 мс0,150,10,0500м/с2468246824мсв) 8060402000мсgг) 12000800040000068мсРис. 4.13. Деформация в верхней пластине составили 5,5% (деформация наразрыв δ=6%) (а), динамический прогиб составил – 18,34 см, статический(остаточный 17,5 см) (б), скорость составила 92,3 м/с (в), ускорения составили11840g (г)121х109 Па0,15а)0,10,0500%1,5б)2486мс10,5006428мст 1 (уголок)в)%642г)0х109 Па0,2024624681012 мс0,150,10,050081012 мсРис. 4.14. Напряжения в нижней пластине составили 178 МПа (ϭв=295 МПа) (а),деформация в нижней пластине составила 1,6% (б), деформация в (т.1)составила 7,3% (в), напряжения в (т.1) составили 233 МПа (ϭв=315 МПа) (г)122Была отработана система крепления днища со стенками испытательногостенда.
Схема крепления представлена на Рис. 4.15.ФальшполКорпусиспытательного стендаСиловаяЗащитаднищаРис. 4.15. Установка защиты днища в испытательный стендДнище вместе с узлами крепления было изготовлено и установлено на стенде(Рис. 4.16). Результаты подрыва показаны на Рис. 4.17.а)Накладка на сварной шовб)ФальшполСветовойдатчикскоростиРис. 4.16. Стенд с днищем (а), фальшпол с световым датчиком скорости (б)123б)а)170 ммРис. 4.17. Покадровый подрыв 3-го варианта днища (а), днище после подрыва(б). Остаточный прогиб – 170 ммДеформация фальшпола, возможно, получилась в результате затеканияударной волны. Область вероятного контакта днища с фальшполом (Рис. 4.17, б)имеет небольшие размеры и поэтому указанный контакт не мог вызватьпластическую деформацию фальшпола.
Прогиб фальшпола составил менее 50 мм.Остаточный прогиб днища 170 мм (Рис. 4.17, б) достаточно хорошосогласуется с расчетными значениями 175 мм (Рис. 4.13, б). Сравнение расчетныхи экспериментальных данных показывает, что погрешность составляет не более3%.В результате расчетов была предложена двухслойная конструкция днищавыполненная из двух пластин толщиной по 30 мм из материала АМг 6 сосмещенным швом сварки. Конструкция успешно выдержала испытания подрывом.Работа была выпонена по заказу ОАО «НИИ Стали» (договор №01/10/11 НОЦ«АТДиСН» от 01.10.2011), а ее результаты использованы для проектирования124конструкции днища новой БМП, что подтверждено актом о внедрении результатовисследования.4.3.Разработкапротивоминнойзащитыдляспециальнойзащищенной автомобильной техникиПо заказу ФГУП «НАМИ» (договор № 2110.Р.Б.НИР.1013.233 от 24 октября2013 г.) было проведено исследование по разработке противоминной защитыспециального автомобиля.Перед началом проектирования была рассмотреназащитная конструкция днища для автомобиля-аналога.
(Рис. 4.18). Противоминнаязащита аналога выполнена из стальных листов толщиной 2,7 мм и представляетсобой набор панелей, соединенных небольшим числом болтов.Рис. 4.18. Защита днища автомобиля-аналогаОчевидно, что защита не выполняет своего назначения в местах соединениясиловых панелей.Для оценки стойкости стальных панелей защиты были проведены тестовыерасчеты динамического напряженно-деформированного состояния стальнойпанелей защиты с размерами близкими к реальным размерам защиты.
Расчетпроводился для квадратной стальной пластины, выполненной из броневой, сталиА3 размерами 0,0027х1х1 м. Динамическая нагрузка соответствовала подрывузаряда мощностью q=0,4 кг ТНТ на скальном грунте на расстоянии R=0,2 м отднища.125Формулы для расчета динамического воздействия в соответствии с [4]приведены ниже:cos 22I =+ = 500+ = 0,0015√ 6�,(4.1)(4.2)(4.3)где: I – удельный импульс взрывных газов (Нс/м2);t+ – время действия взрывных газов;Р – максимальное приведенное удельное давление (Н/м2).Для данной мощности заряда и расстояния t+ =0,00058 с.
Давлениеприкладывается по треугольному закону, со временем нарастания давленияравному 0,1t+. Расчетная схема нагружения представлена на Рис. 4.19.Рис. 4.19. Расчетная схема нагруженияДля каждой площадки рассчитан удельный импульс и давление: I1=5000Нс/м2, Р1=17,2МПа, I2=1775 Нс/м2, Р2=6,1МПа, I3=950 Нс/м2, Р3=3,3МПа, I4=450Нс/м2, Р4=1,6МПа, I5=342 Нс/м2, Р5=1,2МПа, I6=189 Нс/м2, Р6=0,65МПа.Механические характеристики стали А3: σт=1520 МПа, σв=1800 МПа δ=10%.126б)м/са) м2000,600,41000,2000,511,5 мс00,511,5 мсв)Рис.
4.20. Прогиб в центральной точке пластины, максимальное значение 7,5 см(а), график скоростей, максимальное значение 235 м/с (б), пластическиедеформации, максимальное значение 7% (в)Для испытаний образцов днища на подрыв был использован специальноразработанный стенд (Рис. 4.21).Рис. 4.21. Стенд для подрыва макетный образцов защиты127Для точного воспроизведения условий испытаний требуется установитьобразец на расстоянии 0,2 м от земли на стенде массой 4-6 т. Для обоснованиявозможности использования экспериментов на незакрепленном стенде массой неболее 100 кг были проведены сравнительные расчеты прочности пластины из сталиА3 толщиной 4 мм для случая свободной (как в эксперименте) и шарнирнозакрепленной по контуру (как в реальной конструкции) пластины (Таблица 9).Таблица 9.Величина пластических деформаций в центральной точке пластины приразличных условиях закрепления, %Толщина пластиныШарнирное операниеБез опор4 мм8,67,4а)б) %86420в)20468х10 Па1,5мс910,5002468мсРис.
4.22. Сталь А3, толщина 4 мм. Имитация крепления в конструкцииавтомобиля. Максимальные пластические деформации (а), пластическиедеформации в центре (б), максимальное значение 8,6%. Напряжения в центре(в), максимальное значение 1762 МПа128б) %а)6420 0в)2486мсх10 Па1,5910,5002468мсРис. 4.23. Сталь А3, толщина 4 мм, без опор. Имитация условий эксперимента.Максимальные пластические деформации (а), пластические деформации вцентре (б), максимальное значение 7,4 %, напряжения в центре (в),максимальное значение 1646 МПаТак как характер напряженного состояния и значения максимальныхдеформаций отличаются незначительно и, учитывая, что заряд закладываетсямощностью на 20 % больше, была принята схема испытаний со свободными краямипластины.Учитывая скорость вертикального подброса пластины не более 13 м/сполучим, что за время действия взрыва (0,0058 сек) пластина сместится вверх менеечем на 7 мм.129Были проведены расчеты на динамику и прочность макетных образцовзащиты днища (расчетная схема и условия нагружения остались такими же как дляавтомобиля-аналога).
Механические характеристики материалов представлены вТаблице 10.Таблица 10.Механические характеристики материаловСталь 10ХСНД:Сталь А3Углепластик:ρ=7800 кг/м3σт=1520 МПаρ=1500 кг/м3Е=200 Гпаσв=1800 МПаЕ=113 Гпаσт=390 МПаδ=10%σт=350 МПаσв=530 МПаσв=375 МПаδ=19%δ=3%Стеклопластик СП-9300- СВМПЭ9677ρ=1000 кг/м3ρ=1700 кг/м3Е=70 ГпаЕ=19 Гпаσт=40 МПаσт=390 МПаσв=48 МПаσв=400 МПаδ=350%δ=2,2%Сводка результатов расчетов дана в Таблице 11.Таблица 11.Результаты расчетов днища при фугасном воздействии№Материалп/пТолщина,Масса,ммкгПрогиб, смРезультат1234561Сталь А3215,6вверх 7,5Хвниз 8,82Сталь А3431,2вверх 5вниз 6,4V130Таблица 11 – продолжение1234563Стеклопластик1017,5вверх 7,5ХСП-9300-96774Стеклопластиквниз 9,72035СП-9300-9677510ХСНДвверх 5,2Vвниз 71078вверх 3,3Vвниз 2,86СВМПЭ101029V7Углепластик10157,1VХ8Углепластик1522,54,9V910ХСНД431,28,1Х1010ХСНД646,85,3Х1110ХСНД862,44VV –панель не разрушаетсяХ – панель разрушаетсяПо результатам анализа расчетов и эксперимента было установлено, чтопротивоминная защита должна иметь равнопрочную неразъемную конструкцию.Для исключения образования осколков при возможном превышении мощностизаряда, над мощностью, заложенной в ТЗ, а также, учитывая опыт разработкизащиты для АБТ, было предложено использовать алюминиевый сплав АМг 6.Выбранный материал обладает достаточной прочностью и пластичностью, а такжеминимальной удельной массой.
На первоначальном этапе было спроектировано ирассчитано несколько вариантов реализации противоминной защиты (Рис. 4.24 –Рис. 4.26). Были изготовлены макетные образцы и проведено испытание, какотдельных силовых элементов, так и противоминной защиты в сборе с днищемавтомобиля-аналога (Рис. 4.27 – Рис. 4.32).Удельный импульс вычислялся по соотношению (4.1), прикладываемоеизбыточное давление – по соотношению (4.2), распределение давления показано наРис. 4.24, а, а время действия импульса рассчитывалось согласно Давление131прикладывается по треугольному закону, со временем нарастания давленияравному 0,1t+.Так как расстояние от центра взрыва до разных точек конструкции защитыразное, то при расчете поверхность днища была разделена на 12 площадок, арасстояние до центра взрыва принималось как расстояние до центра площадки(Рис. 4.24).
Материал конструкции алюминиевый сплав АМг 6, σт =147 МПа,σв =304 МПа, δ = 11%. Граничные условия: по краям шарнирное закрепление.а)б)Рис. 4.24. Распределение нагрузки на лист защиты днища, размеры 1000х500х8,радиус отверстий равен 10 мм (а), конечно-элементная модель (б)На Рис. 4.25 представлены результаты расчетов для толщины 8 мм.132а)б)в)Рис. 4.25. Максимальные перемещения конструкции (а), напряжениеконструкции защиты (б), график максимальных перемещений конструкциизащиты и максимальных напряжений (в)133Расчеты, проведенные для толщины листа 12 мм представлены Рис. 4.26.а)б)в)Рис.
4.26. Максимальные перемещения конструкции при толщине листа 12 мм(а), напряжения конструкции защиты при толщине 12 мм (б), графикмаксимальных перемещений конструкции защиты и максимальных напряженийпри толщине листа 12 мм (в)134Результаты расчетов показали, что вариант защиты днища толщиной 8 мм и12 мм выдержали динамическое воздействие, вызванное подрывом ВВ. Однако притолщине 8 мм значение напряжения находятся близко к пределу прочности в 304МПа (Рис. 4.25), при толщине листа 12 мм напряжение достигает значения в 200МПа (Рис. 4.26).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
