Динамика деформирования и разрушения пластин при высокоскоростном нагружении ударниками со сложной структурой

• Автор: Форенталь, Михаил Вольдемарович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 174 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ДИНАМИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УДАРНИКА И ПЛАСТИНЫ
1.1. Методы определения механических характеристик материалов при динамическом нагружении
1.2. Аналитические методы оценки сил сопротивления движению ударника при проникновении в пластичные среды
1.3. Численные методы
1.4. Методы повышения сопротивления пробиванию пластин ударниками сложной структуры
1.5. Постановка задачи
ГЛАВА 2. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОНИКНОВЕНИЯ ЖЕСТКИХ УДАРНИКОВ В ПЛАСТИНЫ ИЗ МАТЕРИАЛА С НЕОГРАНИЧЕННОЙ ПЛАСТИЧНОСТЬЮ
2.1. Выбор модели материала и определение ее параметров
2.2. Численное моделирование пробивания пластичной среды жестким ударником
2.3. Аналитический подход к оценке глубины проникновения жесткого ударника в пластичную мишень
ГЛАВА 3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛЕЙ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1. Определение параметров модели статического деформирования
3.2. Определение "динамического" параметра модели Джонсона-Кука
3.3. Определение параметров модели разрушения
ГЛАВА 4. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЛАСТИНЫ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ НАГРУЖЕНИИ УДАРНИКОМ
4.1. Верификация расчетных методов и определение параметров численной модели
4.2. Численный расчет пробоя металлической пластины ударником с высокопрочным сердечником
4.3. Численный расчет пробоя металлической пластины ударником из пластичных материалов
ГЛАВА 5. НОВЫЕ СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНЫХ ПРЕГРАД
5.1. Зонирование поверхности
5.2. Полимеркерамическое покрытие
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Решение задач механики удара как раздела теории пластичности при наличии больших деформаций, волновых процессов, разрушения в условиях контакта конструкций с проникающими инденторами сложной структуры остается предметом интенсивного развития уже многие десятилетия.
Современные требования к качеству прогноза последствий удара приводят к необходимости учета множества физических явлений в процессе динамического локального деформирования конструкций, что создает серьезные физические и математические проблемы и не позволяет разработать детализированное аналитическое описание таких процессов для решения инженерных задач по проектированию защитных структур, являющихся объектом данного исследования.
Значительный вклад в развитие экспериментальной базы и теоретических аспектов деформирования и разрушения материалов при ударном нагружении внесли отечественные и зарубежные ученые: Алексеевский В.П., Врагов А. М., Дерибас A.A., Куропатенко В.Ф., Лаврентьев М.А., Наймарк О.Б., Фомин В.М., Армстронг Р., Гопкинсон Б., Джонсон Г., Дэвис Р., Кольский Г., Кук В., Тейлор Г. и многие другие.
В настоящее время разработка и оптимизация защитных конструкций ведется преимущественно экспериментальным путем. Этот путь является весьма затратным (в связи с высокой стоимостью используемых материалов и большим количеством варьируемых параметров) и малоинформативным, так как не дает сведений о кинетике процесса пробивания, о работе отдельных компонентов преграды. Результатами экспериментального исследования являются, как правило, конечные деформированные состояния ударника и преграды и, реже, скорость вылета обломков ударника и преграды.

исследователи писали собственные программы для решения конкретных задач узкой направленности обычно в двумерной, осесимметричной постановке.
В настоящее время наиболее распространенным пакетом для решения задач высокоскоростного взаимодействия тел является LS-DYNA. Этот пакет протестирован на широком круге задач и используется ведущими конструкторскими компаниями по всему миру: Ford Motor Company,
DaimlerChrysler Corporation, NASA Gien Research Center, Altair Engineering, Boeing Company, Irvin Aerospace Inc, CAD-FEM GmbH, Jaguar Cars, Saab Automobile, Cessna Aircraft Company и другие [73-75]. Это позволяет рассчитывать на определенную достоверность результатов, получаемых при использовании данного программного пакета. Однако закрытость кода пакета накладывает серьезные ограничения на используемые модели материалов и модели разрушения.
Тематика проектирования и изготовления защитных преград, в том числе бронежилетов, в нашей стране является "открытой" только с начала 90-х годов прошлого столетия. Коммерческие пакеты, реализующие метод конечных элементов (МКЭ) для решения задач ударного взаимодействия, появились в России примерно в то же время. По этой причине открытых работ, в которых на русском языке описаны исследования ударных взаимодействий в пакетах МКЭ, достаточно мало. В связи с этим обзор применения численных методов проводился преимущественно по англоязычной литературе, включающей в себя материалы европейских и международных конференций пользователей программы LS-DYNA и журналы, доступные на платформе ScienceDirect.
Целью данного раздела обзора являлось определение преимущественно используемых формулировок конечных элементов и моделей материалов в задачах ударного взаимодействия.
В работе [86] проведено моделирование удара длинного танталового стержня в керамическую пластину, лежащую на алюминиевом блоке, имитирующем полупространство.