Численное моделирование поведения структурно-неоднородных преград при ударноволновом нагружении

• Автор: Орлов, Максим Юрьевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 136 с. : ил.

1. Расчетно-математическая модель высокоскоростного деформирования и разрушения твердых тел

1.1 Уравнения сжимаемого упругопластического тела

1.2 Определяющие соотношения

1.2.1 Уравнение состояния для пористого твердого тела

1.2.2 Критерии разрушения

1.3 Формы записей основных уравнений

1.4 Начальные и граничные условия

1.5 Метод решения системы уравнений

1.5.1 Конечно-разностная аппроксимация уравнений

1.5.2 Механизм расщепления расчетных узлов и разрушения расчетных элементов

1.5.3 Алгоритм расчета и описание программного комплекса

1.6 Выводы по главе
2. Тестовые расчеты
2.1 Сравнение с аналитическим решением
2.2 Задача о соударении двух одинаковых тел (цилиндров)
2.3 Задача об ударе цилиндра по жесткой стенке
2.4 Расчет сквозного пробития стальным ударником однородных и двухслойных преград
2.5 Расчет внедрения ударников с оживапьной головной частью в полубесконечные преграды
2.6 Выводы по главе
3. Исследование поведения неоднородных пластин при ударноволновом нагружении
3.1 Постановка задачи
3.2 Расчет нагружения неоднородной стальной пластины
3.3 Расчет нагружения неоднородной алюминиевой пластины
3.4 Расчет процесса взаимодействия компактного ударника с неоднородной стальной преградой
3.5 Выводы по главе
4. Исследование процессов пробития слоисто-скрепленных преград
4.1 Постановка задачи
4.2 Нагружение слоисто-скрепленных преград компактными ударниками
4.2.1 Действие цилиндрического ударника
4.2.2 Действие сферического ударника
4.3 Нагружение слоисто-скрепленных преград удлиненными ударниками
4.3.1 Действие ударника с конической головной частью
4.3.2 Действие ударника с оживальной головной частью
4.4 Выводы по главе
5. Исследование поведения функционально-градиентных преград при ударноволновом нагружении
5.1 Постановка задачи
5.2 Расчет нагружения градиентных преград плоской ударной волной
5.3 Взаимодействие компактного ударника с градиентными преградами
5.4 Взаимодействие удлиненного ударника с градиентными преградами
5.5 Выводы по главе
Заключение
Список используемой литературы
Процессы, протекающие в твердых телах при высокоскоростном взаимодействии являются предметом фундаментальных и прикладных исследований в настоящее время как в России, так и за рубежом. Это обусловлено, прежде всего, широтой использования получаемых результатов в различных сферах жизнедеятельности человека. В работах [1, 2, 3] подробно рассмотрены основные направления приложения задач удара. Сюда можно отнести создание эффективных противоударных защит гражданских и военных объектов и техники, сварку и резание взрывом, гидроштамповку, ударноволновое прессование, взрывное упрочнение, безопасность оболочек ядерного реактора в случаях попадания в них предметов извне (летательных аппаратов, осколков и пр.) или нагружения изнутри (чрезмерно высокие давления, возникающие при нарушении работы реактора) и т.д. Отдельно можно выделить защиту космических аппаратов от угрозы воздействия на них микрометеоритов и частиц техногенного мусора. Кроме этого, накопленный опыт в области высокоскоростного деформирования твердых тел представляет интерес в медицине и астрофизике [4].
Соударение твердых тел сопровождается сложными процессами, окончательная роль которых определяется наличием ряда факторов: начальной скоростью объектов соударения, их составом, формой и физико-механическими характеристиками (ФМХ). Надо отметить, что в большинстве случаев при соударении имеют место проникание тел друг в друга, а также плавление и разрушение материала на отдельные фрагменты.
При количественном описании высокоскоростных ударных явлений возникает много сложных проблем, которые в настоящее время далеки от решения и требуют использования теоретических и экспериментальных методов исследования. Определенные результаты можно получить посредством проведения широкомасштабных модельных и натурных экспериментов при помощи различных баллистических установок и взрывных ускорителей для метания тел. В ходе опытов устанавливаются необходимые зависимости и характеристики [5, 6]. Например, размер осколка, степень его разрушения, форма и глубина кратера, предельная толщина пробития и т.д. Однако, необходимо отметить техническую сложность и дороговизну проведения таких опытов, а также невозможность получения подробной информации о пространственно-временном распределении полей напряжений, деформаций и областей разрушений. Тем не менее, важность получения экспериментальных результатов сомнений не вызывает.
В роли другого инструмента исследований выступают приближенные аналитические или инженерные методы. При разработке таких методов сосредотачивают внимание

Изолинии еечр при / = 1,5 мкс
/ = 24 мкс
/ = 44 мкс
Изолинии Бгг при /=1,5 мкс
/ = 64 мкс
Изолинии Б:: при / = 1,5 мкс
Рис. 9а. Рис. 96.
Рис. 9а. Рассчитанные текущие конфигурации “ударник -мишень” при пробитии шариком однородной алюминиевой преграды с начальной скоростью У0 = 460 м/с Рис. 96. Изолинии давления Р (0,00649 Мбар; 0,0129 Мбар; 0,01940 Мбар); эквивалентной пластической деформации £^(0,138; 0,276; 0,414); радиальной компоненты девиатора
тензора напряжений Бп (-0,00123 Мбар; 0,00058 Мбар; 0,0021 Мбар); осевой компоненты девиатора тензора напряжений Ба (-0,0059 Мбар; -0,003 Мбар; -0.0011 Мбар);