Автореферат (1149810), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Коэффициенты уравнения состояния – линейный полиномМатериалC0Al-11000C1,C2,C3,ГПаГПаГПа74.260.536.5C4C5C6E0V01.960001Таблица 3. Коэффициенты уравнения состояния по Ми-ГрюнайзенуМатериалC, м/сS1S2S3aE0Γ0V0Al-6061-T639351.57800001.691В п.2.4 проведено сравнение эволюции облаков осколков при ударе куба гранью и ребром.Масса куба выбиралась такой, что она была равна массе сферы. Получены картиныэволюции облака осколков в динамике. Получено поле скоростей частиц SPH для случаяудара куба ребром, а также - гранью к преграде.В п. 2.5 выполнено вычислительное моделирование высокоскоростного удара медногостержня в медный монолит в постановке плоского напряженного состояния.
Выполненверификационный анализ по известным формулам.В п.2.6 представлено моделирование удара кубика миллиметрового размера в тонкуюпластину. Кубик в задаче принимался таким же размером, как и в натурном эксперименте- со стороной 2 мм, тонкая алюминиевая преграда - толщиной 0,5 мм. Начальная скоростьударника составляла 5000 м/с. Угол между вектором скорости и нормалью к поверхностисоставлял 60 градусов. Из анализа эволюции облака осколков в динамике можнозаключить, что первичное облако осколков возникает в направлении перпендикуляра кударной плоскости, а вторичное облако осколков возникает в направлении междунормалью к плоскости и вектором скорости снаряда. Из моделирования видно, чтовторичное облако связано с материалом снаряда и возникает из-за его разрушения. Такаяэволюция облака осколков полностью подтверждена натурными экспериментами нарельсотроне, проведенными С.А.Поняевым в Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН (г.Санкт-Петербург).В главе 3 рассматривалась модель высокоскоростного удара в игольчатую структуру.Осевое сечение модели представлено на рисунке 4(а).
Игольчатая структура состояла измассива 51 х 51 игла. Толщина подложки составляла 3,1 мм. Длина каждой иглы 50 мм, еедиаметр 0,31 мм, расстояние между иглами 0,31 мм. Иглы, подложка и ударник былиразделены на частицы SPH одинакового размера диаметром 0,31 мм. Диаметр однойчастицы был равен диаметру иглы. Подложка была разделена на 10 SPH по толщине, асферический ударник – на 16 SPH по диаметру. Подложка жестко закреплялась почетырем сторонам.
Ввиду сложности постановки задачи допускалось упрощение, что ударпроисходит в условиях абсолютного вакуума. Вычислительные эксперименты наскоростях 6200 м/с, 7200 м/с и 8200 м/с показали, что игольчатая структура успешновыдерживает высокоскоростной удар.
Вычислительный эксперимент на скорости 9200 м/сдал повреждение тыльной поверхности подложки – были обнаружены небольшиепродольные трещины в подложке с обратной стороны, как результат попаданиявторичных обломков от сферического ударника и игольчатой структуры в подложку.Для оценки толщины монолитной алюминиевой преграды, способной противостоятьвысокоскоростному удару сферического 5-мм ударника с начальной скоростью 8500 м/с,использовалось хорошо известное эмпирическое уравнение:P 5.24d 19 / 18 H 0.25 ( p 2/3 V 2/3) ( )tC(3)где d – диаметр ударника, H – твердость по Бринеллю, ρp – плотность материала ударника,ρt – плотность материала монолитной преграды, V – начальная скорость ударника, C –скорость звука.По уравнению (3) было получено, что плотность рабочей поверхности сплошноймонолитной плиты составляет 107,25-145,75 кг/м2.
Также в исследовании былорассчитано, что поверхностная плотность рабочей поверхности рассматриваемойконструкции игольчатой структуры составляет 35,96 кг/м2. Сравнение поверхностнойплотности монолитного экрана с поверхностной плотностью игольчатой структуры(совместно с подложкой) показало, что алюминиевая игольчатая структура в 3-4 разаэффективнее по весу, чем монолитный алюминиевый экран.В п.3.3 для понимания того, не возникает ли каких-либо аномальных явлений привысокоскоростном ударе в игольчатую структуру при ударе под углом, была поставленасопряженная задача – рисунок 4(б), которая отличалась от задачи, приведенной нарисунке 4(а) тем, что вектор скорости имел отклонение на 5 градусов к нормали (нормальвосстановлена к плоскости подложки).Вычислительные эксперименты показали, что исследуемая игольчатая структура успешновыдерживает как нормальный, так и отклоненный от нормали высокоскоростной удар.
Нарисунках 5 – 8 (а,б) показаны результаты расчета взаимодействия ударника со структуройигольчатого типа в одни и те же моменты времени – от 0 до 80 мкс после началавзаимодействия. Как видно из рисунков, эволюция разрушения игольчатой структуры идинамики осколков внутри этого пространства при ударе под 5 градусов к нормаликачественно та же.В главе 4 было выполнено вычислительное моделирование эволюции ударной волны вгеометрически различных конфигурациях - системах для подавления взрыва. В п.
4.3построена вычислительная модель распространения ударной волны внутри шлюза (далеевзрывозащитного шлюза - ВШ).Предполагалось, что для работы в условиях транспортноготерминала эффективная геометрия ВШ будет такая, как показана на рисунке 9. Стенкашлюза с указанием значения 600 (кг/м3) внутри стенки представлена двухфазной средойсоответствующей плотности. В задаче задавался сферический зарад - ТНТ тринитротолуол (далее взрывчатое вещество - ВВ) массой 1,45 кг.На рисунке 11 представлен график записи давления по виртуальному датчику,находящемуся за пределами защитной зоны, которое показывает, что амплитудноезначение в 1,7 атм на датчике за пределами защитной области ВШ (на расстоянии 1,7м отцентра ВВ) ниже порога летальности, который составляет около 2,5 атм (250кПа), когдапроисходит разрыв легких. Стоит отметить, что давления порядка ~ 1,5 - 1,8 атмнаблюдаются по большинству датчиков, находящихся за защитной стенкой ВШ, кромевхода и выхода в ВШ.В результате вычислительного моделирования, используя модель распространенияударной волны внутри шлюза, было установлено, что шлюз с наполнением из двухфазнойпузырьковой среды (диспергента) плотностью 600кг/м3 практически в 4 раза гаситвзрывную волну и по существу является "глушителем" террориста-самоубийцы.
Такимдиспергентом может служить пена, специально подобранная по плотности. Необходимымсвойством для использования пены является ее плотность (600 кг/м3), а такженегорючесть.Рис.11 Показание датчика давления за пределами защитной области ВШНесколько вычислительных расчетов в такой же постановке, но с плотностью двухфазнойсреды, имеющей пониженные (повышенные) значения относительно 600, даютповышенные значения по амплитуде (виртуальные датчики). Проводилисьвычислительные расчеты со значениями 300, 400, 500, 700, 750, 800 кг/м3. Таким образом,двухфазная среда с иной плотностью, чем 600 кг/м3, является менее эффективной.Сравнение такого вычислительного эксперимента с аналогичным, но в котором заданополное отражение волн от стенок шлюза (абсолютно жесткая стенка) показало, чтодавления по исследуемым виртуальным датчикам имеют завышенные в 1,5-3 разазначения относительно базового эксперимента.В п.4.4 выполнено вычислительное моделирование распространения ударной волнывнутри сфер из воды.
Рассматривалась задача, когда сферический заряд (ВВ) находился вводяной сфере без пустотной прослойки, а также сопряженная задача, когда сферическийзаряд и водяную прослойку отделяло некоторое пространство.В результате вычислительного моделирования установлено, что передача кинетическойэнергии воде в постановке, когда между зарядом и водой присутствует прослойка сплотностью, которая много ниже плотности воды, в 2 раза ниже по сравнению спостановкой, когда такая прослойка отсутствует.В п.5.1 выполнено моделирование последовательного высокоскоростного удара двухударников, летящих след в след, в толстую преграду. Рассмотрены случаи: два ударникаприближаются к толстой преграде на расстоянии между собой порядка диаметраударника, и случай, когда расстояние между ударниками достаточно высоко ~20диаметров.
Получены картины эволюции облака осколков, проанализированы графикискоростей частиц SPH в указанных случаях.В п.5.2 исследован высокоскоростной удар двух ударников, летящих след в след, втонкую преграду, а также получена картина эволюции облака осколков после пробитиядвумя ударниками, летящими параллельно, тонкой преграды. Найдена площадьпробоины.В заключении представлены основные результаты диссертационной работы:1. Для задачи высокоскоростного удара сферического ударника найдены значенияпараметров модели материала по Джонсону-Куку, которая учитывает возникновениежидкой фазы материала.Адекватность модели с найденными параметрами подтверждена хорошим согласием сизвестными результатами натурных экспериментов.2. Игольчатая структура гораздо эффективнее противостоит высокоскоростному удару,т.к. при сравнении с монолитом пробой наступает при большей начальной скорости(масса ударника одинаковая).
Эволюция отклоненного удара (5 градусов) качественнотакая же, как и при нормальном ударе.3. Создана вычислительная модель распространения ударной волны внутри шлюза,состоящего из двухфазного материала, учитывающая поглощение определенной долиэнергии двухфазной средой, а также частичное отражение волн от стенок.Практическая значимость результатов диссертационной работы:1. Полученный результат 2 позволяет проектировать защитные экраны для космическихаппаратов, существенно превышающие по характеристикам существующие.2. Вычислительную модель распространения ударной волны внутри шлюза можноприменять для проектирования взрывозащитного шлюза, который в 4 раза лучше гаситвзрывную волну по сравнению с открытым подрывом.Публикации автора по теме диссертации в журналах, рекомендованных ВАК:Из индексируемых в наукометрической базе данных SCOPUS1.S.A.
Poniaev, R.O. Kurakin, A.I. Sedov, S.V. Bobashev, B.G. Zhukov, A.F. Nechunaev,Hypervelocity impact of mm-size plastic projectile on thin aluminum plate, Acta Astronautica135 (2017) 26-33. http://dx.doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.11.0112.M.V.Silnikov, I.V.Guk, A.F.Nechunaev, N.N.Smirnov. Numerical simulation ofhypervelocity impact problem for spacecraft shielding elements, Acta Astronautica, Publishedonline. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2017.08.0303.Mikhail Silnikov, Igor Guk, Andrey Mikhaylin, Alexey Nechunaev. Efficiency of needlestructureathypervelocityimpact,ActaAstronautica,Publishedonline.https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2017.10.026Другие публикации в журналах, рекомендованных ВАК:4.А.Ф.Нечунаев, Н.Н.Смирнов, А.И.Михайлин. Вычислительное моделированиефункции взрывозащитного шлюза для работы в условиях транспортного терминала.Поиск эффективной защитной геометрии., Вестник кибернетики, электронный журнал, 3(23) (2016) 107-119.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
