Диссертация (1149812), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Этот материал обладает сравнительно низкими прочностнымихарактеристиками. Например, предел прочности сплава Al-6061-T6 составляет 310-320МПа. Перспективным материалом для игольчатой структуры являются нановискерыоксида алюминия. Нановискеры - это разновидность нитевидного кристалла с поперечнымдиаметром порядка μm и отношением длины/диаметру - более 100. Нановискерыобладают кристаллографическими характеристиками анизотропии и практически неимеют дислокаций или дефектов. Это исключает обычные механизмы пластическойдеформации и придает прочность игольчатым структурам, выполненных на их основе.Это позволяет повысить прочность материала до теоретического его предела. Конечное122напряжение чистого оксида алюминия может достигать 1500 МПа, что в пять раз выше,чем у исследованного алюминиевого сплава.
Температура плавления оксида алюминиясоставляет 2050°С и сохраняет свои прочностные характеристики при 1800 ° С, что в двараза выше, чем у алюминия. Это означает, что в случае взаимодействия оксидовалюминия с алюминиевыми частицами и космическим мусором алюминиевая частицарасплавляется, но иглы из оксида алюминия сохранят свои прочностные характеристики.Дальнейшим усовершенствованием такой защитной структуры может быть использованиеуглеродных нанотрубок в качестве игл, с соответствующей их расстановкой в игольчатоммассиве, использование графенового покрытия и т.д.ВрезультатеприкладномпакетепроведениямасштабногоGasDynamicsToolвычислительногопредложенаэкспериментаопределеннаявгеометриявзрывозащитного шлюза для работы в условиях транспортного терминала.
Такой шлюззаданными в расчете габаритами 4,5 х 7 метров незаменим в транспортных терминалах, нагородских праздниках, в местах большого скопления людей. Устройство рассчитано нанепрерывный поток людей и поэтому, по проведенным расчетам, будет эффективным, вотличиеотвсевозможныхсканеров,спектрометров,спектрографов,газовыххроматографов и прочих устройств, детектирующих взрывчатые вещества.
Созданаматематическая модель распространения ударной волны внутри такой геометрии.Предполагается,чтонаполнителемстенкишлюзабудетдвухфазнаясреда.Математическая модель учитывает поглощение определенной доли энергии двухфазнойсредой, а также частичное отражение волн от стенок. Результаты вычислительногоэксперимента показывают, что по максимальной амплитуде давления в точке,расположенной за пределам защитной зоны, взрывозащитный шлюз гасит взрывнуюволну практически в 4 раза лучше по сравнению с открытым подрывом, и по существу,является «глушителем» террориста-самоубийцы. Численное сравнение с таким же погеометрии шлюзом, но со свойствами стенок «полное отражение волн» (абсолютножесткая стенка), показывает, что при полном отражении волн от стенок шлюз неэффективен.Вычислительныммоделированиемвыявленаоптимальнаяплотностьдвухфазной среды, которая равна 600 кг/м3.
Расчеты с двухфазными средами, имеющимидругие значения плотности, показывают что такие среды менее эффективны.Проведенодополнительноевычислительноемоделированиедетонациисферического заряда внутри сфер из воды. Исходя из анализа основной и сопряженнойзадач, отношение кинетических энергий воды в 2-х задачах равно ~ 2.
Показано, чтонаиболее эффективным решения для подавления ударных волн в случае использования123эластичных оболочек из воды является вариант, когда внутренняя полость остается пустая(ширина пустотной полости равна радиусу ВВ). Данный результат диссертационнойработы важен при проектировании мобильных устройств для подавления взрыва. Такиеустройства могут применяться на станциях метро, в аэропортах и др. транспортныхтерминалах.Проведеновычислительноемоделированиевысокоскоростногоударадвухударников, летящих след в след.
Сделан анализ различных случаев. Рассмотреныгрупповые скорости авангардов облаков осколков. Сделан грубый анализ на предмет долирасплавленного материала ударника и преграды в основной и сопряжённых задачах.Выявлена площадь пробоины для случая удара двух ударников, летящих параллельно нарасстоянии порядка диаметра ударника. Такая информация необходима для выбораобъема реагентов в системах самозалечивания обшивок космических аппаратов.Показано, что вычислительное моделирование методом SPH в постановке плоскогонапряженного состояния существенно экономит память ЭВМ, в то же время являетсяадекватным методом, который проходит ряд проверок по формулам.124Основные результаты диссертационной работы1.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 диссертационнойработы1. Полученный результат 2 позволяет проектировать защитные экраны для космическихаппаратов, существенно превышающие по характеристикам существующие2. Вычислительную модель распространения ударной волны внутри шлюза можноприменять для проектирования взрывозащитного шлюза, который в 4 раза лучше гаситвзрывную волну по сравнению с открытым подрывом.125СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.
A. Cherniaev, I. Telichev, Meso-scale modeling of hypervelocity impact damage incompositelaminates,CompositesPartB74(2015)95-103.http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2015.01.0102. A.N. Parshikov, S.A. Medin, Smoothed particle hydrodynamics using interparticle contactalgorithms, J. Comp. Phys. 180 (1) (2002) 358-382.http://dx.doi.org/10.1006/jcph.2002.70993. ANSYS LS-DYNA User's Guide. Release 12.1. November 2009.4. Aspect of Explosives Detection / Ed. M.
Marshal. N.Y.-L.: Elsevier Science, 2008. 302 p.5. B. Veisi, K. Narooeiand J. Zamani // Numerical investigation of circular platesdeformation under air blast wave; // IJMF, Iranian Journal of Materials Forming, Vol. 3,No. 1, pp 12-266. B.G. Cour-Palais, J.L. Crews, A multi-shock concept for spacecraft shielding, Int. J. ImpactEng. 10 (1990) 135-146. http://dx.doi.org/10.1016/0734-743X(90)90054-Y7. Brandon E.J, et al., Champaigne.
Structural health management technologies forinflatable/deployable structures: Integrating sensing and self-healing, Acta Astronautica68 (7-8) (2011) 883-903.8. C.J. Hayhurst, R.A. Clegg, Cylindrically symmetric SPH simulations of hypervelocityimpactsonthinplates,J.ImpactEng.20(1-5)(1997)337-348.https://doi.org/10.1016/S0734-743X(97)87505-79.
Christiansen EL, Crews JL, Williamsen JE, Robinson JH, Nolen AM. Enhanced meteoroidand orbital debris shielding. International Journal of Impact Engineering. 1995 17(13):217-228.10. COLIN J. HAYHURST, and RICHARD A. CLEGG // CYLINDRICALLYSYMMETRIC SPH SIMULATIONS OF HYPERVELOCITY IMPACTS ON THINPLATES // 1996 Hypervelocity Impact Symposium, Freiburg, Germany, October 1996,TP014, International Journal Impact Engineering., Vol.
2012611. Colin J. Hayhurst, Iain H. Livingstone, Richard A. Clegg, Greg E. Fairlie// NumericalSimulation of Hypervelocity Impacts on Aluminum and Nextel/Kevlar Whipple Shields// Hypervelocity Shielding Workshop, TP031, 8-11 March 1998, Galveston, Texas12. D.V. Panov, M.V.
Silnikov, A.I. Mikhaylin, I.S. Rubzov, V.B. Nosikov, E.Yu. Minenko,D.A. Murtazin, Large-scale shielding structures in low earth orbits, Acta Astronaut. 109(2015) 153-161. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2014.12.00913. E. PIERAZZO, N. ARTEMIEVA, E. ASPHAUG, E. C. BALDWIN, J. CAZAMIAS, R.COKER, G. S. COLLINS, D. A. CRAWFORD, T. DAVISON, D. ELBESHAUSEN, K.A. HOLSAPPLE, K. R. HOUSEN, D. G. KORYCANSKY, and K.
WÜNNEMANN //Validation of numerical codes for impact and explosion cratering: Impacts onstrengthless and metal targets // Meteoritics & Planetary Science 43, Nr 12, 1917–1938(2008)14. E.L. Christiansen, Design and performance equations for advanced meteoroid and debrisshields, Int. J. Impact Eng. 14 (1993) 145-156. http://dx.doi.org/10.1016/0734743X(93)90016-Z15. E.L. Christiansen, International Space Station (ISS) Meteoroid/Orbital Debris Shielding,Cosmonautics and Rocket Engineering, Russian Academy of Sciences, TsNIIMASH, 18(2000) 166-18016. E.L.
Christiansen, J.H. Kerr, Mesh double-bumper shield: a low-weight alternative forspacecraft meteoroid an orbital debris protection, Int. J. Impact Eng. 14 (1993) 169-180.https://doi.org/10.1016/0734-743X(93)90018-317. E.L. Christiansen, Meteoroid/Debris Shielding, NASA TP-2003-210788, 200318. Ehsan Etemadi, Jamal Zamani, Alessandro Francesconi, Mohammad V. Mousavi &Cinzia Giacomuzzo // A new set-up to investigate plastic deformation of face centeredcubic metals in high strain rate loading // Modern Applied Science; Vol. 8, No. 2; 201419.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
