Диссертация (1149812), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Численный расчет показалудовлетворительное сходство с натурным экспериментом. Основная масса осколковсосредоточена в головной части облака. На изображениях, полученных и в натурномэксперименте и в численном, в передней части облака осколков, авангарде, наблюдаетсяхарактерный «прилив». При численном моделировании можно чётко разделить материалыударника и пластины, а также покадрово, с временным разрешением 10-8 с отслеживатьдинамику зарождения и развития этого прилива. Численный эксперимент показал, чтоприлив авангарда облака осколков состоит из собранных в плотную группу частицударника, которые движутся по траектории столкновения.(а)(б)(в)Рис. 6.
Динамика развития прилива в авангарде облака осколков. Выносной линиейи цифрой 1 отмечено положение осколков от задней поверхности ударника. (а) – моментвремени 2.5 мкс, (б) – 7 мкс, (в) – 21 мкс.В момент времени 2.5 мкс (рис. 6, а) осколки ударника образуют достаточноплотную группу, формой напоминающую исходную форму ударника. С течением времениосколки, принадлежавшие задней поверхности сферы, начинают обгонять (рис. 6, б)основную массу осколков в авангарде и в итоге формируют прилив в головной частиоблака (рис. 6, в).
Это происходит вследствие того, что эти осколки имеют большую25скорость в продольном направлении по сравнению с осколками пластины и другимиосколками ударника.Отношение длины облака к диаметру в самой широкой части составляет 1,58 длярасчетного случая и 1,53 для натурного эксперимента в момент времени 16 мкс, т.е.погрешность составляет менее 3,5%. В момент времени 24 мкс отношение длины кмаксимальному диаметру составляет 1,58 для расчетного случая и 1,59 для натурногоэксперимента - погрешность менее 0,5%. Учитывая неточность измерений геометрическихразмеров, можно сделать вывод, что погрешность численного расчета по сравнению сэкспериментом составляет менее 4%. Диаметр облака в самой узкой части (у заднейповерхности пластины) в случае расчетного эксперимента составляет 85% отаналогичного размера облака в натурном эксперименте в момент времени 16 мкс и 94% вмомент времени 24 мкс.
Такая погрешность (15%) вызвана тем, что изображение,полученное в натурном эксперименте в исследуемой области недостаточно четкое. Изравенства отношений геометрических размеров облака (длины на диаметр) в одинаковыемоменты времени можно сделать вывод о равенстве отношений скоростей расширенияоблака в продольном и поперечном направлениях в натурном и численном экспериментах.Стоит заметить, что равенство отношений скоростей в продольном направлении(натурный и численный эксперимент) гораздо важнее такого равенства в поперечномнаправлении, поскольку определяющим пробой второй преграды будет скоростьавангарда облака или в целом, всего фронта облака, находящегося на «лидирующем» слоепри его динамике.В целом, вычислительный эксперимент был проведен с удовлетворительнойточностью, следовательно, выбранные параметры материалов можно использовать дляисследования высокоскоростных столкновений в других конфигурациях.Такимобразом,былаописанапроведеннаяверификациячисленногомоделирования методом сглаженных частиц высокоскоростного удара сферическогоударника с тонкой пластиной.
На основании близкого сходства (погрешность менее 4%)полученных в численном и натурном экспериментах результатах был сделан вывод обадекватности используемого подхода и параметров материалов. Показано, что привысокоскоростном столкновении сферического ударника из мягкого металла (Ал 1100) спластиной из термоупрочненного алюминиевого сплава (Ал 6061-Т6) формирующийсяприлив в авангарде облака осколков состоит, в основном, из частиц, ранеепринадлежавших задней поверхности сферы.262.3 Моделирование высокоскоростного удараалюминиевого цилиндра в монолитДля верификации модели материала для сверхвысоких скоростей по Джонсону-Куку вприкладном пакете ANSYS/ LS-DYNA была построена модель, в которой радиусцилиндрического ударника r равнялся его высоте h.
А.Я.Сагомонян [88] провел рядвычислительных, а затем и натурных экспериментов для одноименных материалов(алюминий, железо, свинец). Со скоростями порядка 20 км/с в том числе. Для численноймодели принимались такие же как и у автора [88]. Т.е. r = h = 0.26192 см. Материалударника принимался как Аl 1100, материал преграды принимался как Al-6061-T6(сплав).Параметры,модельматериала,атакжеуравнениясостояниязадавалисьизверификационного расчета (таблицы 1-3). Вычислительное моделирование проводилосьдля начальной скорости соударения 20 км/с. Высота преграды (глубина, на которуюможет проникать ударник) принималась равной 30 мм.27Рис.7 - Поля давлений в динамике.
Показан разрез плоскостью по оси модели.28Рис.8 – Фрагмент рис.7, выносной элемент В-состояние системы в момент t=2.594 мкс(увеличено)Рис.9 – Поле давлений ударника в момент времени 1 мксНа рисунках 7 и 8 показаны поля давлений в различные моменты времени посленачала взаимодействия. Рассмотрим состояние ударника в момент времени 1 мкс. Нарисунке 9 показан только ударник. Визуализация SPH преграды отключена. По полюдавлений видим, что в момент времени 1 мкс идет активное срабатывание ударника.29Участки, оказавшиеся под наивысшим давлением (порядка 6 ГПа) находятся напериферии «гриба» ударника, контактирующей с материалом преграды.Рис.10.
Поле давлений ударника в момент времени 1.454 мкс и 2.296 мкс. Показан толькоударник.Как показано на рисунке 10, в момент времени 1.545 мкс мы видим ярко выраженное телоударника. Процесс срабатывания идет. Давления в зоне контакта колеблются от 0.85 ГПадо 0.95 ГПа. Наиболее «плотное» вещество ударника наблюдается ближе к зоне контакта.В момент времени 2.296 мкс тело ударника уже не такое выраженное, видим, чтодавления упали до значений 0.013 ГПа – 0.015 ГПа. Наиболее плотные участки материалаударника находятся по бокам проникающего в преграду «грибка» ударника.30Рис.11.
Поле давлений ударника в момент времени 2.594 мкс. Показаны только частицыSPH ударника. Визуализация SPH преграды отключена.Как показано на рисунке 11, в момент времени 2.594 мкс вместо тела ударника мы видим«рассеянное» облако с более плотным веществом облака лишь в авангарде его. Давления вавангарде облака держатся на уровне 0,012 – 0,015 ГПа. Наблюдем активный выбросматериала ударника в противоположную от проникания сторону. Очевидно, что ударникполностью сработался, что хорошо согласуется с численными расчетами А.Я.
Сагомоняна(по данным автора [88], к моменту времени t = 2.618 мкс боек - у нас это ударник - ужеизрасходовался полностью и идет процесс инерционного расширения кратера). Былапроведена оценка глубины каверны, а также положения, на котором находится в текущиймомент времени ударная волна. Для этого в некоторых состояниях численной моделибыла отображена сетка с ячейкой 5 мм (рисунок 12).31Рис.12. Наложение сетки на численную модель. Ячейка сетки – 5 mm. Точка С – началокоординат.Рис.13.
Наложение сетки на численную модель. Момент времени t = 2.594 мкс.По рисунку 13 видим, что в момент времени t = 2.594 мкс идет инерционное расширениекаверны, впереди расширяющейся каверны движется ударная волна с пиковым давлениемпорядка 8,9 – 9,5 ГПа. Головной фронт волны находится на расстоянии 24 мм отначальной плоскости монолита, как преграды (начальная плоскость определяетсяплоскостью, начиная с которой идет внедрение ударника в монолит).32Рис.14. 3D – Вид модели монолитной преграды в момент времени t = 2.594 мкс.По 3D модели, представленной на рисунке 14 видим, что глубина кратера в моментвремени 2.594 mks составляет около 12 мм (пустота кратера простирается до линии D-D,соответствующей глубине кратера, равной 10 мм). При этом кратер продолжаетинерционно расширяться в объеме. Начало разрушения монолита наблюдается на глубине15 мм.Таким образом, верификационный вычислительный эксперимент высокоскоростногоудара алюминиевого цилиндра радиусом r = h = 0.26192 см (где h – высота цилиндра)показывает, что опираясь на модель материала по Джонсону-Куку, учитывающуюжидкую фазу слоя расплавленного металла (как на материале каверны, так и на материалеударника) можно с удовлетворительно точностью моделировать высокоскоростной удар вмонолит на скоростях до 20 км/с.332.4Сравнениединамикиоблаковвысокоскоростном ударе сферыиосколковприкуба одинаковоймассыВ данном разделе рассматривались две задачи.Задача 1.Был проведен численный эксперимент высокоскоростного столкновения ударникакубической формы (материал - Ал 1100, длина ребра l=4,04 мм), с тонкой пластиной(материал - Ал 6061-Т6, толщина h=1 мм).
Скорость ударника была равной Vs=4190 м/с.Одна из граней кубика была параллельная плоскости пластины. Ось столкновения былаперпендикулярна плоскости пластины. Длина ребра была выбрана таким образом, чтобымасса кубика и масса сферы из п.2.2. Постановка задачи приведена на рисунке 15 (а).Задача 2.Также был проведен численный эксперимент высокоскоростного столкновенияударника кубической формы (материал - Ал 1100, длина ребра l=4,04 мм), с тонкойпластиной (материал - Ал 6061-Т6, толщина h=1 мм).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
