Фрагментация ударника при высокоскоростном пробитии тонких дискретных преград

• Автор: Шумихин, Тимофей Александрович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ

Актуальность
Цели и задачи
Объект и предмет исследования
Методологические и теоретические основы исследования
Персоналии
Информационная база исследования
Научная новизна исследования
Практическая значимость исследований
Структура диссертации
ГЛАВА 1. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОВРЕЖДЕНИЙ СВИДЕТЕЛЯ ФРАГМЕНТАМИ АЛЮМИНИЕВОГО УДАРНИКА ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ПРОБИТИИ ДИСКРЕТНЫХ ПРЕГРАД
1Л Описание экспериментов
1.1.1 Эксперименты в ФГУП ГОСНИИАС
1.1.2 Эксперименты в ФГУП ГОСНИИМАШ
1.2 Результаты экспериментов
1.2.1 Морфология повреждений свидетелей облаком фрагментов алюминиевого ударника при взаимодействии со струнными преградами
1.2.2 Морфология повреждений свидетелей при фрагментации на сеточных преградах
1.3 Распределение кинетической энергии между морфологически различимыми частями облака фрагментов
1.4 Выводы к первой главе
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТЫ, ПРОЯСНЯЮЩИЕ МЕХАНИЗМ ФРАГМЕНТАЦИИ УДАРНИКА НА ДИСКРЕТНЫХ ПРЕГРАДАХ

2.1 Постановка эксперимента
2.2 Разрушение ударника на струнной преграде
2.3 Разрушение ударника на сеточной преграде
2.3 Фрагментация ударника на двойной струнной преграде большой апертуры
2.4 Выводы ко второй главе
ГЛАВА 3 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА НАЧАЛА ФРАГМЕНТАЦИИ УДАРНИК!А НА ДИСКРЕТНОЙ И СПЛОШНОЙ ПРЕГРАДЕ
3.1 Постановка экспериментов и метод численного моделирования
3.2 Результаты экспериментов и численных расчетов
3.3 Выводы к третьей главе
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УДАРНИКА С ДИСКРЕТНЫМИ ПРЕГРАДАМИ
4.1 Метод БРН и модели материалов
4.1 Л Метод БРН
4.1.2 Модель идеально-пластического материала
4.1.3. Модель Стейнберга-Гуинана [43, 46]
4.1.4. Модель Джонсона-Кука [43]
4.1.5. Модель разрушения
4.2 Моделирование высокоскоростного взаимодействия полиэтиленового и алюминиевого ударника со струнной преградой
4.3 Моделирование высокоскоростного взаимодействия полиэтиленового и алюминиевого ударника с сеточной преградой
4.4 Моделирование фрагментации ударника на двойных струнных преградах большой апертуры
4.5 Выводы к четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Возможность столкновения космического аппарата (КА) с высокоскоростными частицами-метеороидами и степень возможных повреждений КА, причиняемых при этом событии, оценивались еще задолго до запуска первого искусственного спутника Земли [1]. Поскольку скорость частиц, свободнолетящих в космическом пространстве, велика и может составлять десятки километров в секунду, то даже малые частицы весом в доли грамма способны нанести ощутимые повреждения спутникам и космическим станциям на околоземных орбитах. В то же время защитить КА, увеличивая до необходимой толщины его внешние стенки, не представляется возможным из-за многократно возрастающей при этом массы объекта и увеличивающихся затрат, связанных с выводом его на орбиту. Решение этой проблемы было предложено американским астрономом Ф.Уипплом [2]. В предложенной Уипплом защитной схеме перед защищаемой стенкой на некотором расстоянии устанавливается дополнительная преграда, что, при высоких скоростях соударения характерных для космических условий, приводит к интенсивной фрагментации налетающей частицы. Образующееся запреградное облако фрагментов движется расширяясь в боковые стороны, что приводит к уменьшению удельного импульса, действующего на защищаемую стенку понижая риск её пробития (Рис. 1). Подобная схема защиты позволяет уменьшить суммарную массу всей конструкции (преграда плюс защищаемая стенка) примерно в 5 раз по сравнению с одинарной толстой стенкой при равной вероятности пробоя. Этот принцип защиты лежит в основе систем экранной защиты КА от метеороидов и частиц космического мусора, используемых в наши дни [3].

степенным, что, характерно для распределений фрагментов, образованных в результате взрыва или высокоскоростного удара [38]. Тем не менее, интерполяция объемов кратеров по их видимому диаметру давала не слишком точные значения. Поэтому, в данной работе, мы провели измерения более точным прямым методом, взвешивая на высокоточных весах песок, вмещаемый кратерами.
Были проведены прямые измерения объёмов линейно-распределенных кратеров и кратеров центральной группы. Песок засыпался в кратер так, чтобы заполнить его до уровня поверхности свидетеля [39].
Мы посчитали, что наиболее показательными для анализа будут следующие измерения: объем самого крупного центрального кратера, суммарный объем центральных кратеров, суммарный объем линейно-распределенных кратеров, а также объем всех повреждений на свидетелях. Поскольку кинетическая энергия фрагмента определяет его способность пробить защитную конструкцию, нарушить целостность оболочки космического корабля, то измерения самого крупного кратера интересно с практической точки зрения, т.к. он соответствует самому опасному фрагменту. Однако, кроме прикладного значения также представляют интерес данные о кинетической энергии остальных фрагментов. Сетки выявили нехарактерное для традиционных сплошных преград пространственное перераспределение энергии между фрагментами ударника: локализация энергии в выделенных зонах свидетеля и возрастание кинетической энергии фрагментов для линейно-распределенных кратеров при удалении от геометрического центра повреждений свидетеля. Данные по распределению кинетической энергии между фрагментами выделенных групп были наиболее адекватным инструментом, имеющимся в нашем распоряжении, для количественного анализа наблюдаемых аномалий в морфологии повреждений свидетеля.