Разрушение элементов конструкций при высокоскоростном взаимодействии с ударником и группой тел

• Автор: Зелепугин, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 236 с. : ил.

1. Система основных уравнений и соотношения метода конечных элементов для численного решения проблем высокоскоростного удара. Задача Тейлора
1.1. Система уравнений для описания нестационарных адиабатических движений упругопластической среды с учетом разрушения
и тепловых эффектов
1.2. Конечно-разностные соотношения метода конечных элементов для численного решения пространственных задач высокоскоростного соударения деформируемых твердых тел
1.3. Трехмерный расчет взаимодействия цилиндрических тел
с жесткой стенкой
2. Имитационная модель разрушения эрозионного типа в задачах высокоскоростного взаимодействия деформируемых твердых тел
2.1. Проникание удлиненных ударников в массивные преграды
2.2. Влияние форм ударника и его прочностных характеристик на проникание в пластину и разрушение
2.3. Влияние тепловых эффектов на процесс высокоскоростного пробивания пластины из фторполимера
2.4. Высокоскоростное ортогональное резание металлов инструментом
из СТМ с учетом разрушения и температурных эффектов
3. Разрушение керамических преград при взаимодействии с ударником и группой тел в диапазоне скоростей встречи 100 - 4000 м/с
3.1. Моделирование поведения керамических преград на основе оксида алюминия в широком диапазоне скоростей нагружения
3.2. Формирование устойчивых вихревых структур в керамических пластинах на стадии предразрушения
3.3. Особенности разрушения керамических преград конечной толщины стальными ударниками в диапазоне скоростей удара 600 - 4000 м/с
3.4. Разрушение керамической пластины при последовательном нагружении группой из двух идентичных тел
4. Удар под углом группы из двух частиц по преграде конечной толщины
4.1. Синхронный удар двух частиц по пластине при углах подхода
обеих частиц 15° и 30°
4.2. Синхронное контактирование с пластиной двух сходящихся частиц
при углах подхода обеих частиц 15° и 30°
4.3. Синхронное взаимодействие двух частиц с пластиной при движении обеих частиц под углом 60° в одном направлении
4.4. Разновременный удар двух частиц, движущихся под углом 60° в
одном направлении
4.5. Разновременный удар двух сходящихся частиц
5. Численное моделирование в трехмерной постановке удара группы высокоскоростных частиц по преграде
5.1. Моделирование процессов соударения высокоскоростных частиц
с преградами различных типов
5.2. Синхронный удар группы высокоскоростных частиц по нормали
к преграде
5.3. Взаимодействие группы частиц с преградой при ударе под углом
Заключение
Список использованных источников
Приложение

Широкомасштабные исследования процессов высокоскоростного взаимодействия деформируемых твердых тел экспериментального, аналитического, численного характера в подавляющем большинстве ограничены изучением соударения одиночных тел с преградами различных, в том числе достаточно сложных, типов [1 - 30]. Как в экспериментальном, так и в теоретическом плане проблемам удара группы тел по преграде и изучению особенностей их коллективного воздействия до сих пор уделялось крайне мало внимания [31 - 36].
Такое положение объективно объясняется сложностью процесса группового удара для моделирования и изучения. В экспериментах трудно реализовать управляемое метание группы тел с требуемым распределением скоростей тел по величине и направлению, расстояний между ними по фронту и глубине группы, обеспечить регистрацию параметров тел при подлете к преграде и в ходе взаимодействия с ней [34, 37 - 40]. Для адекватного численного моделирования требуется проведение расчетов в трехмерной постановке, что сдерживается сложностью численных моделей, методик и недостаточной для данного случая производительностью вычислительной техники [41 - 44].
Вместе с тем коллективное воздействие на преграду группы частиц различного размера и формы на практике реализуется в большинстве процессов высокоскоростного удара. Это может быть вторичный удар группы осколков, образовавшихся в запреградном пространстве после первичного удара. Групповым может быть и первичный удар. К последнему можно отнести случай сверхглубокого проникания при воздействии на преграду потока высокоскоростных микрочастиц [45 - 47].
Ряд исследований, проведенных в последние годы [35, 36, 48 - 51], продемонстрировал существенное влияние коллективного действия группы частиц

Прочностные характеристики материалов вводятся в решение на основе закона аддитивности сил сопротивления внедрению [139 - 145]. Аналитические решения высокоскоростного взаимодействия струй дополнили экспериментальные исследования [134, 146 - 149] и стимулировали применение в этой области численных методов анализа [58,123, 127, 150].
В данном подразделе работы в осесимметричной постановке решалась задача о взаимодействии удлиненного цилиндрического ударника из вольфрамового сплава с массивной стальной преградой [58, 125]. Скорость встречи варьировалась в пределах 1500 - 2500 м/с. Численное решение задачи о высокоскоростном проникании длинных стержней в преграды значительной толщины в рамках лагранжева подхода использует механизм эрозионного разрушения материала (2.1) - (2.3) на основе критерия удельной энергии сдвиговых деформаций.
В расчетах моделировалось взаимодействие цилиндрического ударника диаметром 5.8 мм, длиной 58 мм, занимающего область Оь с преградой (диском) толщиной 65 мм, занимающей область 02, при ударе по нормали. Константы материала для стали и вольфрамового сплава приведены в Приложении, значение динамического предела текучести для стали было выбрано равным 1.2 ГПа.
Для приведенных в первом разделе уравнений (1.1.1) - (1.1.5) в цилиндрической системе координат г, 0, 2 (2 - ось симметрии) ставится задача с начальными при 1 = 0 и граничными условиями.
Начальные условия имеют вид:
Яп- (0, г, = (0, г, г) - 8Г2 (0, г, г) = 8ее (0, г, г) = Р (0, г, г)
= Е(0, г, г) = 0((г, ъ) <= (Б! и В2)),
/п г 71сП>1 п_(0 г 71 = 0 ((г /)рГ)'1) 12 1 П