Диссертация (1149812), страница 12
Текст из файла (страница 12)
При этом диаметр авангарда составляет порядка 3-3,5 диаметра ударника, чтопредставляет немалую опасность для второй преграды (например, системы типа «щитУипла»). Заметим также, что авангард облака от первого ударника, заметно отстающий отлидера (зеленый цвет по полю скоростей) движется со скоростями от 1000 до 1700 м/с, чтоуже не представляет собой столь серьезную опасность, но все же требует наличия второйпреграды.Различныевозможныетолщиныпреграднеобходимоисследоватьдополнительно (либо обратиться к эмпирическим формулам [14]).111Рис.88 Поля скоростей частиц SPH в момент времени t = 37 мкс с наложенной сеткойВыводыОбобщая, можно сделать вывод, что в первой задаче происходит плавлениематериала ударника и каверны и взаимодействие первого и второго ударника происходитв состоянии расплавленного алюминия.
Во второй задаче плавление материала первогоударника, а также материала каверны также происходит при проникании первогоударника в преграду. Второй ударник до момента ~ 28 мкс движется без взаимодействия сдругими телами, и в момент времени 28,5 мкс и позже частицы ударникавзаимодействуют с облаком от первого ударника и незначительный слой этих частицвступает в расплавленную жидкую фазу. Изучение толщины расплавленного слоя в двухданных задачах - перспектива дальнейших исследований диссертанта.Стоит отметить, что область, изучающая высокоскоростной удар двух и болееударников, вообще малоисследована, поэтому численное исследование таких задач(картиныэволюцииоблаковосколков,поляскоростейчастиц)сзаранееверифицированными параметрами, представляет собой немалую научную ценность.Несмотря на то обстоятельство, что правомерность применения системы уравнениймеханики сплошной среды для «уже разлетевшегося» облака осколков имеет под собой112недостаточные основания (это облако, а не твердое тело, как например преграда), впервом приближении при решении таких задач такой подход может иметь место,поскольку например при разлете продуктов детонации взрывчатого вещества в модельнойпостановке SPH, отвечавшие прежде за твердое вещество, отвечают за газ с уже с другим,увеличенным параметром сглаживания [34,35].1135.2 Вычислительное моделирование удара двухударников.
Случай 2-х сфер, летящих след в след,преграда тонкая.Расммотрим постановку, представленную на рисунке 89: задача для случая двухсфер, летящих след в след. Каждая сфера состояла из 33552 SPH. Диаметр сферы былравен 5 мм. Толщина преграды 1 мм.
Диаметр одной частицы SPH 0,125 мм. Расстояниемежду сферами – 1D (один диаметр). Сферы задавались выполненными из мягкогоалюминия Ал 1100, преграда из алюминиевого сплава Ал 6061-Т6. Постановка задачи дляодиночно летящей сферы была идентичная (33552 SPH для сферы, а также 231744 SPHдля преграды). Преграда опиралась на жестко закрепленное опорное кольцо (рисунок 4).Расчетная скорость удара принималась 5000 м/с.Рис.89 Постановка задачи для высокоскоростного удара двух ударников, летящихслед в следРезультаты вычислительного моделирования последовательного удара двух сфер,летящих след в след, представлены на рисунке 90.114б)a)a)б)115a)б)a)б)б)116б)Рис.
90 Сравнение результатов вычислительного моделирования:a) – Случай высокоскоростного удара одной сферыб) – Случай высокоскоростного удара двух сфер, летящих след в следРис.91 Постановка задачи высокоскоростного удара двух ударников, когда массадвух, летящих параллельно эквивалентна массе одного, диаметр которого 5,01 мм.Зеленым цветом показан одиночный ударник, идентичный по диаметру и по массе117сферическому ударнику из верификационного расчета.
Красным цветом показаны дваударника, масса в сумме которых равна массе одиночного (зеленого) ударника.Проследим образование облака осколков от высокоскоростного удара двухударников, летящих параллельно на расстоянии одного радиуса:а) Развитие облака осколков в динамике (момент времени t = 5 мкс).Коричневым цветом показано опорное кольцо.(уменьшено в масштабе)б) Развитие облака осколков в динамике (момент времени t = 16 мкс). Коричневымцветом показано опорное кольцо.118в) Развитие облака (уменьшено в масштабе) осколков в динамике (момент времени t = 24мкс).
Коричневым цветом показано опорное кольцо.Рис.92 Результаты вычислительного моделирования для случая двух ударников a)б)в) моменты времени при развитии облака осколковЗаметим, что в момент времени t= 24 мкс форма облака осколков очень похожа на формуоблака, когда ударник один (такой же массы), если не считать двух полукруглыхавангардов облака и «серединного» скопления осколков, расположенного вдоль линии,проходящей через среднюю точку отрезка, отвечающего за расстояние между двумяударниками.119Рис.93 Визуализация облака осколков на сетке размером ячейки 1 мм (вид слева).По грубой оценке (рисунок 93) можно сделать вывод, что площадь пробоины в результатевысокоскоростного удара двух ударников, летящих параллельно на расстоянии одногодиаметра составляет около 140 мм2.
Данная информация необходима для системсамозалечивания (самозатягивания и самозатвердевания) пробоин в космическомаппарате, основанных на химически реагирующих компонентах, оптимального выбораобъема таких реагентов при проектировании космического аппарата, для быстрого икачественного «залечивания» [7] пробоин, поскольку вероятность того, что несколькоосколков, летящих на малых расстояниях друг от друга, повредят обшивку космическогоаппарата хоть и небольшая, но все же есть.120ЗаключениеВ диссертационной работе путем вычислительных экспериментов методом SPH впакете ANSYS/LS-DYNA, выполнен подбор параметров и проведена верификацияисходных данных при моделировании удара на высоких скоростях.
Создана модельвысокоскоростного удара сферического ударника по тонкой преграде, учитывающаявозникновение жидкой фазы материала при взаимодействии. Выявлено совпадениевычислительного эксперимента с натурным (ошибка - менее 5%), благодаря чему можносделать вывод, что используемые в математической модели параметры материаловявляютсянаиболееподходящими.Посколькурезультатывычислительногомоделирования высокоскоростного удара методом SPH с использованием моделиматериала по Джонсону-Куку находятся в хорошем согласии с широко известныминатурными экспериментами, предложенную математическую модель можно использоватьдля последующих изучений высокоскоростного удара (с другой геометрией и указаннымиматериалами, с другой геометрией и другими размерами частиц SPH и т.
д.).Рассмотрены задачи высокоскоростного удара кубика такой же массы, как и сфера.Также рассмотрены 2 подзадачи: удар кубика гранью и ребром. В случае удара кубагранью угол рассеивания осколков больше, чем в случае удара ребром. Осколки в облакесравнительно равномерно распределены в передней части облака с небольшимскоплением в центре.
При ударе куба ребром, формирующееся облако сужено – уголрассеивания осколков составляет ¾ от угла при ударе куба гранью, распределениеосколков неравномерное: более 50% общей массы осколков сосредоточено в плотномскоплении на оси удара, скорость осколков на 7% выше, чем скорость авангарда осколковдля случая удара куба гранью.При высокоскоростном ударе в разнесенную преграду несферическим ударником (ав системах защиты космических аппаратах в настоящее время используется именноразнесенная преграда), ударником цилиндрической или кубической формы, когда ударпроисходит ребром ударника, интенсивность нагружения второй преграды не может бытьзначительно уменьшена увеличением расстояния между первой и второй преградой, таккак облако осколков расширяется неравномерно, а большая масса осколков от пробитияпервой преграды сосредоточена на оси удара, что показано в данной диссертационнойработе.121Проведениемвычислительныхэкспериментоввысокоскоростногоударасферического алюминиевого ударника диаметром 5 мм в игольчатую структуруспециальной геометрии со скоростями 4190м/с, 6200м/с, 7200м/с, 8200м/с, 8500м/с,9200м/с выявлено, что при скорости 9200 м/с восстановление упругой деформацииположкиненаблюдалосьиположкаигольчатойструктурыбыларазрушена.Моделированием установлено, что на скоростях 4190м/с, 6200м/с, 7200м/с, 8200м/сподложка частично восстанавливает свое деформированное состояние и не подвергаетсяразрушению.
Выявлено, что граница раздела «пробитие-непробитие» находится примернона скорости 8500м/с. Защитный экран, участвовавший в вычислительном эксперименте,представлял собой массив из 2601 иглы диаметром 0,31 мм каждая, с дистанцией междуиглами, равной диаметру иглы. Длина каждой иглы в массиве равнялась 50 мм, иглыопирались на подложку толщиной 3,1 мм, которая была задана материалом, идентичнымигольчатой структуре. При сравнении эффективности исследуемой игольчатой структурыс монолитомбыло выявлено, что структура в 3-4 раза легче монолита (сравнениеповерхностной плотности игольчатой структуры и монолита), что немаловажно дляпроектированиявсевозможныхмикрометеороидовизащитныхтехногенногоэкрановкосмическогокосмическихмусора.аппаратовотВычислительнымэкспериментом было показано, что 5-градусное отклонение вектора начальной скоростипри ударе качественно не изменяет эволюцию разрушения массива игл.
Игольчатаяструктура сохраняет свою способность противостоять высокоскоростному удару.Исследуемая игольчатая структура представляет собой упрощенную модель изполикристаллического алюминия, эффективность которой доказана вычислительнымиэкспериментами. Перспективность использования поликристаллических материалов дляулучшения прочностных характеристик многослойных материалов и монолитныхструктур приведена в [98].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
