Диссертация (1149812), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Т.е. масса такойструктуры должна быть меньше массы монолита. Для оценки толщины монолитнойалюминиевойпреграды,способнойпротивостоятьвысокоскоростномуударусферического 5-мм ударника с начальной скоростью 8500 м/с, использовалось хорошоизвестное эмпирическое уравнение [14].Глубина проникания в полубесконечную преграду, когда плотности материалов ударника ипреграды практически равны:P 5.24d 19 / 18 H 0.25 ( p 2/3 V 2/3) ( )(34)tCгде d – диаметр ударника, H – твердость по Бринеллю, ρp – плотность материала ударника,ρt – плотность материала монолитной преграды, V – начальная скорость ударника, C –скорость звука.В случае, когда нет сквозного пробоя мишени, то разрушение тыльной поверхностимонолитной плиты может все же произойти – образуется так называемый откол.
Еслисквозное пробитие монолитной плиты возможно при некоторой толщине, которую можно59определить по эмпирическим формулам, то образование откола, указывающее наповреждение, возможно при больших толщинах относительно рассчитанной.Учитывая максимальную рассчитанную скорость удара в игольчатую структуру 8500 м/с,когда не было повреждений подложки, принимаем данную скорость для расчета толщинымонолитной плиты по формуле (34). Если толщину монолитной плиты, котораяпротивостоит отслаиванию тыльной поверхности, можно оценить, как 2,2 P, то толщину,которая противостоит отколу, можно оценить, как 3P [14]. Таким образом, минимальнаятолщина твердой структуры Al-6061-T6, необходимая для полной остановки сферическогоударника диаметром 5 мм со начальной скоростью 8500 м/с, составляет 3,9-5,3 см.
Отсюдаполучаем, что плотность рабочей поверхности сплошной монолитной плиты составляет107,25-145,75 кг/м2. Раннее в работе было рассчитано, что поверхностная плотностьрабочей поверхности рассматриваемой конструкции иглы составляет 35,96 кг/м2.Сравнение плотности поверхности монолитного экрана и поверхностной плотностиигольчатой структуры (совместно с подложкой) показывает, что структура алюминиевойигольчатой структуры в 3-4 раза эффективнее по весу, чем монолитный алюминиевыйэкран.603.3 Сравнение эффективности игольчатых структур принормальном и отклоненном ударе (скошенном ударе)Дляпониманиятого,невозникаетликаки-либоаномальныхявленийпривысокоскоростном ударе в игольчатую структуру при ударе под углом, была поставленасопряженная задача, которая отличалась от задачи, приведенной в п.3.2 тем, что векторскорости имел отклонение на 5 градусов к нормали (нормаль восстановлена к плоскостиподложки).
Во всем остальном, включая модели материалов и уравнения состояниясопряженная задача принимала такие же параметры, как и в задаче п.3.2.Рис.36 Осевой разрез модели (a) – нормальный удар, (б) – отклоненный удар.Вычислительные эксперименты показали, что исследуемая игольчатая структура успешновыдерживает как нормальный, так и отклоненный от нормали высокоскоростной удар. Нарисунках 37 – 42 (а,б) показаны результаты расчета взаимодействия ударника соструктурой игольчатого типа в одни и те же моменты времени – от 0 до 80 мкс посленачала взаимодействия.
Как видно из рисунков, эволюция разрушения игольчатойструктуры и динамики осколков внутри этого пространства при ударе под 5 градусовк нормали качественно та же.61Рис.37 Начальное положение, 0 мкс. (a) – нормальный удар при скорости ударника 4190м/с, (b) – отклоненный удар (5 градусов от нормали) при скорости ударника 4190 м/с.Рис.38 Картины взаимодействия ударника с игольчатой структурой, 6 мкс после началавзаимодействия. (a) – нормальный удар при скорости ударника 4190 м/с, (b) –отклоненный удар (5 градусов от нормали) при скорости ударника 4190 м/с.62Рис.39 Картины взаимодействия ударника с игольчатой структурой, 10 мкс после началавзаимодействия. (a) – нормальный удар при скорости ударника 4190 м/с, (b) –отклоненный удар (5 градусов от нормали) при скорости ударника 4190 м/с.Рис.40 Картины взаимодействия ударника с игольчатой структурой, (a) – нормальный ударпри скорости ударника 4190 м/с, 25 мкс после начала взаимодействия, (b) – отклоненныйудар (5 градусов от нормали) при скорости ударника 4190 м/с, 25.14 мкс после началавзаимодействияРис.41 Картины взаимодействия ударника с игольчатой структурой.
(a) – нормальный ударпри скорости ударника 4190 м/с, 25.14 мкс после начала взаимодействия, (b) –отклоненный удар (5 градусов от нормали) при скорости ударника 4190 м/с, 25.29 мкспосле начала взаимодействия63Рис.42 Картины взаимодействия ударника с игольчатой структурой, 80 мкс после началавзаимодействия. (a) – нормальный удар при скорости ударника 4190 м/с, (б) –отклоненный удар (5 градусов от нормали) при скорости ударника 4190 м/с.СтоитотметитьИсследуемаянекоторыеигольчатаяпрактическиеструктураприложенияпредставляетсобойполученныхрезультатов.упрощеннуюмодельизполикристаллического алюминия, эффективность которой доказана вычислительнымиэкспериментами.Этотматериалобладаетсравнительнонизкимипрочностнымихарактеристиками.
Например, предел прочности сплава Al-6061-T6 составляет 310-320МПа. Перспективным материалом для игольчатой структуры являются нановискерыоксида алюминия [30]. Нановискеры - это разновидность нитевидного кристалла споперечным диаметром порядка μm и отношением длины/диаметру - более 100 (точнее,более чем 107 [36].
Нановискеры обладают кристаллографическими характеристикамианизотропии и практически не имеют дислокаций или дефектов. Это исключает обычныемеханизмы пластической деформации и придает прочность игольчатым структурам,выполненных на их основе. Нановискеры могут быть получены например методоммолекулярно-лучевой эпитаксии (наращивание одного кристаллического материала надругом) [33], жидкостным химическим осаждением [42], и другими методами. Отсутствиедислокаций и дефектов позволяет повысить прочность материала до теоретического егопредела.
Конечное напряжение разрушения чистого оксида алюминия может достигать1500 МПа, что в пять раз выше, чем у исследованного алюминиевого сплава. Температураплавления оксида алюминия составляет 2050°С и сохраняет свои прочностныехарактеристики при 1800°С [68], что в два раза выше, чем у алюминия.
Это означает, что вслучае взаимодействия оксидов алюминия с алюминиевыми частицами и космическим64мусором алюминиевая частица расплавляется, но иглы из оксида алюминия сохранят своипрочностные характеристики. Дальнейшим усовершенствованием такой защитнойструктуры может быть использование углеродных нанотрубок в качестве игл, ссоответствующей их расстановкой в игольчатом массиве, использование графеновогопокрытия [28].65Глава 4Вычислительное моделированиераспространения ударной волны отдетонации сферического заряда4.1 Актуальность исследованияДетектирование взрывных устройств (далее - ВУ) на основе взрывчатых веществ(далее - ВВ), размещенных на теле террориста-самоубийцы - весьма актуальная задача внастоящее время. При этом применяют различные методы и технологии, включаядетектирование паров ВВ с помощью масс-спектрометрии, газовой хроматографии,хемилюминесценции, спектрометрии ионной подвижности и многие другие методы [79,4,64,19,44,85].В условиях транспортного терминала (аэропорт, железнодорожный вокзал, метро)применение тех или иных методов становится весьма неэффективным, так как указанныеметоды нацелены на отдельно находящегося в замкнутом пространстве человека, а не нанепрерывный поток людей.
Учитывая тот факт, что террористический акт 29 декабря 2013года на железнодорожном вокзале г.Волгограда с участием террориста-самоубийцыпроизошел после входа в вокзал (рисунок 43, фотография) на пути к зоне досмотра [86],возникаетостраянеобходимостьприменениявзрывозащитногошлюза(ВШ)непрерывного потока людей совместно с детектированием паров ВВ, либо совместно снекоторой стоп-технологией (далее - СТ). Под СТ может пониматься останов террористасамоубийцы при помощи турникета с последующим его досмотром, а также действиепровокация (далее - ДП), в результате которой террорист приведет ВУ в действие,находясь внутри взрывозащитного шлюза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
