Экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел

Экспериментально и численно в трехмерной постановке исследуются процессы высокоскоростного взаимодействия нескольких компактных тел с преградой конечной толщины. В экспериментах количество частиц в однородном потоке изменялось от двух до семи при варьировании плотности потока (расстояния между ча...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2003
Автори:	Зелепугин, С.А., Сидоров, В.Н., Хорев, И.Е.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2003
Назва видання:	Проблемы прочности
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46966
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел / С.А. Зелепугин, В.Н. Сидоров, И.Е. Хорев // Проблемы прочности. — 2003. — № 2. — С. 92-101. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-46966
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-469662013-07-08T11:18:38Z Экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел Зелепугин, С.А. Сидоров, В.Н. Хорев, И.Е. Научно-технический раздел Экспериментально и численно в трехмерной постановке исследуются процессы высокоскоростного взаимодействия нескольких компактных тел с преградой конечной толщины. В экспериментах количество частиц в однородном потоке изменялось от двух до семи при варьировании плотности потока (расстояния между частицами). В расчетах моделировалось соударение четырех частиц с преградой при "фронтальном” и несимметричном эшелонированном ударе. Приведены полученные численно конфигурации тел и распределения удельного объема микроповреждений в преграде, экспериментальные данные по изменению площади и массы тыльных откольных элементов. Исследованы особенности деформирования и разрушения преград в зависимости от степени взаимовлияния частиц. Експериментально і чисельно в тривимірній постановці досліджуються процеси високошвидкісного взаємодії кількох компактних тіл з перешкодою кінцевої товщини. В експериментах кількість частинок в однорідному потоці змінювалося від двох до семи при варіюванні щільності потоку (відстані між частинками). У розрахунках моделювалося співудар чотирьох часток з перешкодою при "фронтальному" і несиметричному ешелонованої ударі. Наведено отримані чисельно конфігурації тіл і розподілу питомої обсягу мікроушкоджень в перешкоді, експериментальні дані щодо зміни площі і маси тильних відкольних елементів. Досліджено особливості деформування і руйнування перешкод в залежності від ступеня взаємовпливу частинок. High-speed interaction of a group of compact bodies with a target of finite thickness has been experimentally and numerically studied in a 3D formulation. In the experiments, the number of particles in a homogeneous stream ranges from 2 to 7 as the stream density (the distance apart particles) varies. For the calculations, we modeled interaction of four particles with a target on a “frontal attack” (simultaneous impact of all particles along the normal to target) and on a nonsymmetric echeloning (nonsimultaneous) attack. We present numerically found configurations of bodies, distributions of the specific volume of microdamages in the target, as well as experimental data on variation of the area and mass of back spalls. An investigation into deformation and fracture features of targets depending on the degree of particles interference has been performed. 2003 Article Экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел / С.А. Зелепугин, В.Н. Сидоров, И.Е. Хорев // Проблемы прочности. — 2003. — № 2. — С. 92-101. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46966 539.3 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Зелепугин, С.А. Сидоров, В.Н. Хорев, И.Е. Экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел Проблемы прочности
description	Экспериментально и численно в трехмерной постановке исследуются процессы высокоскоростного взаимодействия нескольких компактных тел с преградой конечной толщины. В экспериментах количество частиц в однородном потоке изменялось от двух до семи при варьировании плотности потока (расстояния между частицами). В расчетах моделировалось соударение четырех частиц с преградой при "фронтальном” и несимметричном эшелонированном ударе. Приведены полученные численно конфигурации тел и распределения удельного объема микроповреждений в преграде, экспериментальные данные по изменению площади и массы тыльных откольных элементов. Исследованы особенности деформирования и разрушения преград в зависимости от степени взаимовлияния частиц.
format	Article
author	Зелепугин, С.А. Сидоров, В.Н. Хорев, И.Е.
author_facet	Зелепугин, С.А. Сидоров, В.Н. Хорев, И.Е.
author_sort	Зелепугин, С.А.
title	Экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел
title_short	Экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел
title_full	Экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел
title_fullStr	Экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел
title_full_unstemmed	Экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел
title_sort	экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел
publisher	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
publishDate	2003
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46966
citation_txt	Экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел / С.А. Зелепугин, В.Н. Сидоров, И.Е. Хорев // Проблемы прочности. — 2003. — № 2. — С. 92-101. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Проблемы прочности
work_keys_str_mv	AT zelepuginsa éksperimentalʹnoeičislennoeissledovanierazrušeniâpregradgruppojvysokoskorostnyhtel AT sidorovvn éksperimentalʹnoeičislennoeissledovanierazrušeniâpregradgruppojvysokoskorostnyhtel AT horevie éksperimentalʹnoeičislennoeissledovanierazrušeniâpregradgruppojvysokoskorostnyhtel
first_indexed	2025-07-04T06:31:23Z
last_indexed	2025-07-04T06:31:23Z
_version_	1836696925461544960
fulltext	УДК 539.3 Экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел* С. А. Зелепугин , В. Н. С идоров, И . Е. Хорев Отдел структурной макрокинетики Томского научного центра СО РАН, Томск, Россия Экспериментально и численно в трехмерной постановке исследуются процессы высоко скоростного взаимодействия нескольких компактных тел с преградой конечной толщины. В экспериментах количество частиц в однородном потоке изменялось от двух до семи при варьировании плотности потока (расстояния между частицами). В расчетах моделиро валось соударение четырех частиц с преградой при "фронтальном” и несимметричном эшелонированном ударе. Приведены полученные численно конфигурации тел и распределения удельного объема микроповреждений в преграде, экспериментальные данные по изменению площади и массы тыльных откольных элементов. Исследованы особенности деформирова ния и разрушения преград в зависимости от степени взаимовлияния частиц. Ключевые слова : компактные тела, преграда, частицы, плотность потока, несимметричное эшелонирование. Задача о взаимодействии группы быстролетящих тел с преградами и конструкциями возникает при реш ении проблем защиты космических аппа ратов в ближнем космосе от техногенных объектов, которые в результате многократных столкновений лавинообразно превращаются в потоки оскол ков различной плотности, интенсивности и эшелонированности. Данная зада ча остается нерешенной также при изучении процесса пробития крупным метеороидом или металлическим техногенным осколком системы разнесен ных преград, имитирующих защитную конструкцию космических аппаратов, станций и модулей. В теоретическом и особенно в экспериментальном плане проблемам группового удара частиц по мишени уделялось недостаточно внимания ввиду трудности обеспечения регулируемого и устойчивого метания группы тел с заранее заданной плотностью в потоке и их эшелонированностью, а также сложностью численного моделирования этих процессов. Ранее [1, 2] численно исследовались особенности процесса соударения двух частиц с плоской преградой в двухмерной плоскодеформационной постановке. При этом обнаружено взаимное влияние внедряющихся частиц при определен ном расстоянии между ними на конечный результат взаимодействия. В работе [3] выполнено предварительное комплексное исследование процесса высокоскоростного разрушения мишени группой тел из четырех частиц. При этом численное моделирование процесса проникания группы частиц осуществлялось в полной трехмерной постановке при “фронтальном” (одно временный удар всех частиц по нормали к преграде) подходе к мишени группы осколков. * Доклад на IV Международном симпозиуме “Прочность и разрушение материалов и элементов конструкций при импульсном нагружении” (1МРиЬ8Е-2001). © С. А. ЗЕЛЕПУГИН, В. Н. СИДОРОВ, И. Е. ХОРЕВ, 2003 92 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 2 Экспериментальное и численное исследование разрушения Для исследования динамики процессов высокоскоростного деформи рования и разрушения контактирующих тел, а также оценки их взаимного влияния при фронтальном и эшелонированном ударе группы тел проведено численное моделирование методом конечных элементов [4, 5]. При числен ных расчетах использовалась модель повреждаемой среды с микрополос тями (поры, трещины) [6]. Общий объем среды Ж составляют: неповреж денная часть среды, занимающая объем Жс и характеризующаяся плот ностью р с, и микрополости, занимающие объем Ж^ , в которых плотность полагается равной нулю. Средняя плотность такой повреждаемой среды связана с введенными параметрами соотношением р = р с(Жс/ Ж ). Степень поврежденности среды характеризуется удельным объемом пор V^ = = Ж с / Ш . Система уравнений, описывающая нестационарное поведение упруго пластической среды в адиабатических условиях с учетом эволюции микро повреждений и влияния температурных эффектов для случая трех про странственных переменных, состоит из уравнений неразрывности, движе ния, энергии, скорости изменения удельного объема пор [5, 7]: др дt + &у( р у ) = 0; Л Е 1 ----= — О Р ■■ ‘ Л р 11 11; йУ1 Л 0, если \|Рс\| < Р или (Рс > Р и V f = 0); - 81еп( Рс)К г (\| Рс\| - Р * XV2 + V f ), если Р с < —Р * или (Р с > Р * и Vf > 0), где р - плотность; у 1 - компоненты вектора скорости у; Е - удельная внутренняя энергия; £у - компоненты тензора скоростей деформаций; О у = — (Р + Q )д 1 + Б у - компоненты тензора напряжений; Б у - компо ненты девиатора напряжений; Р = Р с(р / р с) - среднее давление; Рс - давление в сплошной компоненте вещества; Q - искусственная вязкость; % / Р = PfcV1/(V f + V1)̂ ; VI, V2 , Р^ , К ^ - экспериментально определяемые константы материала. Для численного моделирования разрушения материала при высокоско ростном соударении применялась кинетическая модель разрушения актив ного типа [8], определяющая рост микроповреждений, которые непрерывно изменяют свойства материала, вызывая релаксацию напряжений. Давление в неповрежденном веществе, являясь функцией удельного объема, удельной 1ББМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 2 93 С. А. Зелепугин, В. Н. Сидоров, И. Е. Хорее внутренней энергии и удельного объема микроповреждений, во всем диапа зоне условий нагружения определяется с помощью уравнения состояния типа М и-Грю найзена [9]: Рс = р о а 2 л + Р о а 2[1 — У о / 2 + 2 ( Ь — 1)]л 2 + + р о а 2 [2(1 — у о /2 )( Ь — 1) + 3( Ь — 1)2 ] л 3 + У о Р о Е , где л = ¥ о/ ( ¥ — ¥ ^ ) — 1; у о - коэффициент Грюнайзена; ¥ о и V -н а ч а л ь ный и текущий удельные объемы; а и Ь - константы адиабаты Гюгонио, описываемой линейным соотношением ы5 = а + Ьыр (ы5 - скорость ударной волны, ир - массовая скорость вещества за фронтом ударной волны). Определяющие соотношения имеют вид 1 \ d S 0 2 0 \е у — - е кк д у \ = - ± + XS ij . где d S І j\|& - производная по Яуманну. Параметр Я тождественно равен нулю при упругой деформации, при наличии пластической он определяется с помощью условия текучести Мизеса: 2 2 S j S j = -3 о 2 . В приведенных выше формулах модуль сдвига О и динамический предел текучести о определяются согласно соотношениям [9, 1о] I О = О о К т 1 + сР (1 + л ) 1/3 ( ^ + V - у о = о оК т 1+ сР (1 + л ) 1/3 4 У если V / < V 4; если V / > V 4; Кт = 1, если То < Т < Т1 ; Т — Т — ------- , если Т < Т < Тт ;Г '-р ' 1 т ' т Т1 о, если Т > Тт , 1 о 94 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 2 Экспериментальное и численное исследование разрушения где Тт - температура плавления вещества; с , V3 , V4 , Т - константы мате риала. Выбор функции К т (Т ) осуществлялся с целью моделирования в расчетах атермического характера пластического деформирования и дина мической прочности твердых тел при высоких скоростях деформирования (104 с -1 и выше) [11]. Для вычисления температуры использовались соотно шения [10] Лт = Л( Е — Е 0 х ) / ср , 0 , Л( Е — Е 0х - А Н тУ с если если если т < тт т = тт т > т Здесь ср - удельная теплоемкость, возрастающая линейно с повыш ением температуры до температуры плавления вещества: сР = сР + с ------ст (Т — т 0 ), если т„, — т Т0 ^ т < тт; т 0 если т > тт Е ох - холодная составляющая удельной внутренней энергии, определяемая выражением [9] Е 0 , если £ < 0; Е 0 + Е ^ + Е 2 £ 2 + Е з £ 3 + Е 4 £ 4 , если £ > 0, где £ = 1—р 0 / Р с ; А Н т - удельная теплота плавления; с - и с^ - 0 2 2 / константы материала; Е 0 = — т 0с- ; Е 1 = у 0Е 0 ; Е 2 = ( а + у 0Е 0 )/2 ; Е 3 = = (4Ъа2 + у 3Е 0 )/б ; Е 4 = (—2 у 0Ъа2 + 18а2Ъ2 + у 4Е 0 )/24; т 0 - начальная температура. В качестве критерия эрозионного разрушения материала в области интенсивного взаимодействия и деформирования контактирующих тел ис пользуется критическое значение удельной энергии сдвиговых деформаций [3, 12]. Текущее значение этой энергии вычисляется с помощью формулы ЛЕ_зН Лі БП о Р і* = ^ у £ у - где Б у - компоненты девиатора напряжений; £у - компоненты девиатора скоростей деформаций; индексы I, у принимают значения 1, 2, 3. Крити ческая величина удельной энергии сдвиговых деформаций, зависящая от условий взаимодействия тел, является функцией начальной скорости удара: Е яЬ ~ а яЬ ^ 0 , ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 2 95 С. А. Зелепугин, В. Н. Сидоров, И. Е. Хорее г д е а ^ , Ь ^ - к о н с т а н т ы м а т е р и а л а . П р и > Е ° р а с ч е т н а я я ч е й к а в о б л а с т и к о н т а к т н ы х г р а н и ц с ч и т а е т с я р а з р у ш е н н о й , а п а р а м е т р ы с о с е д н и х я ч е е к к о р р е к т и р у ю т с я . Н а п е р в о м э т а п е р а с с м а т р и в а е т с я з а д а ч а ф р о н т а л ь н о г о с о у д а р е н и я ч е т ы р е х и д е н т и ч н ы х к о м п а к т н ы х ц и л и н д р и ч е с к и х у д а р н и к о в м а с с о й 0 ,8 8 г, д и а м е т р о м и в ы с о т о й 5 ,2 4 м м п о н о р м а л и с п р е г р а д о й т о л щ и н о й 8 м м . Н а ч а л ь н а я с к о р о с т ь к а ж д о г о у д а р н и к а р а в н а 2 8 7 3 м /с . Н а ч а л ь н о е р а с с т о я н и е м е ж д у и х ц е н т р а м и в ы б и р а л о с ь с л е д у ю щ и м о б р а з о м : м е ж д у д в у м я у д а р н и к а м и о н о с о с т а в и л о 3 3 м м , д в а д р у г и х б ы л и р а с п о л о ж е н ы с и м м е т р и ч н о н а р а с с т о я н и и 2 2 ,8 м м о т о д н о г о у д а р н и к а и 2 5 м м о т д р у г о г о . М а т е р и а л в з а и м о д е й с т в у ю щ и х т е л - с т а л ь , к о н с т а н т ы м а т е р и а л а п р и в е д е н ы р а н е е [7 ]. Н а к о н т а к т н ы х п о в е р х н о с т я х р е а л и з о в ы в а л и с ь у с л о в и я с к о л ь ж е н и я . Н а р и с . 1 п р е д с т а в л е н а х р о н о г р а м м а п р о ц е с с а в н е д р е н и я ч е т ы р е х у д а р н и к о в в п р е г р а д у п р и ф р о н т а л ь н о м у д а р е н а 1 -й м к с п о с л е н а ч а л а в з а и м о д е й с т в и я . Н а ч а л ь н ы е р а с с т о я н и я м е ж д у ч а с т и ц а м и т а к о в ы , ч т о и м е е т м е с т о в з а и м н о е в л и я н и е п р о ц е с с о в в н е д р е н и я и о б р а з о в а н и е о б ъ е д и н е н н о й зо н ы д е ф о р м и р о в а н и я и р а з р у ш е н и я в п р е г р а д е с э к с т р е м у м а м и , с о о т в е т с т в у ю щ и м и к а ж д о м у у д а р н и к у . Р а с ч е т ы п о к а з а л и , ч т о п р и э т о м э н е р г и я с д в и г о в ы х д е ф о р м а ц и й в п р е г р а д е д о с т и г а е т в ы с о к и х з н а ч е н и й п р е ж д е в с е г о в о б л а с т и о т л и ц е в о й п о в е р х н о с т и в п л о т ь д о с р е д и н н ы х с л о е в , в н о с я о с н о в н о й в к л а д в п о в ы ш е н и е т е м п е р а т у р ы , о к а зы в а я з а м е т н о е в л и я н и е н а х а р а к т е р д е ф о р м и р о в а н и я и р а з р у ш е н и я с о у д а р я ю щ и х с я т е л и з н а ч и т е л ь н о у х у д ш а я п р о ч н о с т н ы е х а р а к т е р и с т и к и . Рис. 1. Схема взаимодействия ударников при фронтальном групповом ударе по нормали. В о б щ е м с л у ч а е в з а и м о д е й с т в и е г р у п п ы т е л с п р е г р а д о й н о с и т н е с и м м е т р и ч н ы й (с о у д а р е н и е п о д у г л о м ) э ш е л о н и р о в а н н ы й (н а ч а л о в з а и м о д е й с т в и я к а ж д о й ч а с т и ц ы р а з н е с е н о п о в р е м е н и ) х а р а к т е р . Д л я ч и с л е н н о г о и с с л е д о в а н и я п о д о б н ы х п р о ц е с с о в р а с с м а т р и в а е т с я с о у д а р е н и е ч е т ы р е х и д е н т и ч н ы х ц и л и н д р и ч е с к и х у д а р н и к о в д и а м е т р о м и в ы с о т о й 6 м м п о п р е г р а д е т о л щ и н о й 8 м м . Н а ч а л ь н а я с к о р о с т ь к а ж д о г о у д а р н и к а р а в н а 2 8 7 3 м /с . Н а ч а л ь н о е р а с с т о я н и е м е ж д у и х ц е н т р а м и в ы б и р а л о с ь т а к и м о б р а з о м : м е ж д у д в у м я у д а р н и к а м и о н о с о с т а в и л о 2 2 ,3 м м , д в а д р у г и х б ы л и р а с п о л о ж е н ы с и м м е т р и ч н о н а р а с с т о я н и и 1 1 ,4 м м о т о д н о г о у д а р н и к а и 15 м м о т д р у г о г о . 96 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 2 Экспериментальное и численное исследование разрушения М атериал взаимодействующих тел - сталь. В начальный момент времени все ударники находились в плоскости, составляющей угол 30° с нормалью к лицевой поверхности преграды. На рис. 2 приведены хронограммы несимметричного эшелонирован ного взаимодействия группы из четырех ударников с преградой для момен тов времени 3 и 10 мкс после начала процесса. Верхний фрагмент хроно граммы (рис. 2,а) иллюстрирует момент, когда промежуточные два ударника только начали взаимодействовать с преградой, в то время как крайний справа ударник еще не подошел к ней, а крайний слева внедряется в нее, испытывая значительные пластические деформации, моделируемые с при менением концепции разрушения эрозионного типа. На нижнем фрагменте (рис. 2 ,6 ) показан этап устойчивого внедрения остатков ударников в пре граду. Рис. 2. Схема взаимодействия группы из четырех ударников с преградой в моменты времени 3 (а) и 10 (6) мкс после начала процесса несимметричного соударения. Расчеты показали, что при заданных условиях взаимодействия наблю дается взаимное влияние процессов деформирования и разрушения в пре граде. Представленные на рис. 3 распределения изолиний удельного объема микропор и удельной энергии сдвиговых деформаций на лицевой поверх ности преграды (в каждом случае даны половинные сечения поверхности преграды из-за наличия плоскости симметрии) иллюстрируют слияние зон деформирования и повреждений от первого и промежуточных ударников. ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 2 97 С. А. Зелепугин, В. Н. Сидоров, И. Е. Хорев З о н а , о б р а з о в а н н а я п р и в о з д е й с т в и и к р а й н е г о с п р а в а у д а р н и к а , н е с к о л ь к о о т с т о и т о т о б ъ е д и н е н н о й о б л а с т и и з - з а б о л е е п о з д н е г о н а ч а л а с о у д а р е н и я и б о л ь ш е г о н а ч а л ь н о г о р а с с т о я н и я м е ж д у у д а р н и к а м и . К р о м е т о г о , н а 1 7 -й м к с (р и с . 3 ,б ) н а б л ю д а е т с я д о п о л н и т е л ь н ы й о ч а г п о в р е ж д е н и й м е ж д у п о с л е д н и м и с р е д н и м и у д а р н и к а м и , о б у с л о в л е н н ы й и х в з а и м н ы м в л и я н и е м . Рис. 3. Изолинии удельного объема микропор (слева, А = 8 см3/кг) и удельной энергии сдвиговых деформаций (справа, А = 25 кДж/кг) на лицевой поверхности преграды в моменты времени 7 (а) и 17 (б) мкс. Э к с п е р и м е н т а л ь н ы е и с с л е д о в а н и я п р о ц е с с о в в з а и м о д е й с т в и я г р у п п ы т е л п р о в о д и л и с ь н а л е г к о г а з о в о й б а л л и с т и ч е с к о й у с т а н о в к е с п о с л е д у ю щ и м а н а л и з о м с о х р а н е н н ы х о б р а з ц о в . П е р в а я с е р и я э к с п е р и м е н т о в б ы л а н а п р а в л е н а н а о п р е д е л е н и е п л о щ а д и о т к о л а в п р е г р а д е к о н е ч н о й т о л щ и н ы в з а в и с и м о с т и о т п л о т н о с т и о д н о р о д н о г о п о т о к а в ы с о к о с к о р о с т н ы х ч а с т и ц . В к а ч е с т в е у д а р н и к о в и с п о л ь з о в а л и с ь ш а р и к и и з с т а л и Ш Х - 1 5 , и х о б щ е е ч и с л о в п о т о к е к о л е б а л о с ь о т 2 д о 7 . П р и м е н я л и с ь ч е т ы р е в и д а ш а р и к о в д и а м е т р о м 3; 4 ; 6 и 8 м м и м а с с о й с о о т в е т с т в е н н о 0 ,1 1 ; 0 ,2 6 ; 0 ,8 8 и 2 ,1 г Н а ч а л ь н у ю с к о р о с т ь у д а р н и к о в в ы б и р а л и б л и з к о й к 3 0 0 0 м /с ; п р и т а к и х с к о р о с т я х н а б л ю д а е т с я р а з р у ш е н и е л ю б ы х м а т е р и а л о в , в о з н и к а ю т и н т е н с и в н ы е у д а р н ы е в о л н ы и м н о ж е с т в е н н ы е о т к о л ь н ы е я в л е н и я . В о в с е х и с п ы т а н и я х п р е г р а д о й с л у ж и л и с т а л ь н ы е (С т. 3 ) п л а с т и н ы т о л щ и н о й 6; 8 и 1 0 м м . 98 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 2 Экспериментальное и численное исследование разрушения На рис. 4 представлен полученный экспериментально вид тыльной поверхности преграды толщиной 8 мм для случая фронтального взаимо действия с ней четырех ударников диаметром 6 мм с начальной скоростью 2873 м/с. Взаимовлияние процессов внедрения у каждого ударника на разру шение преграды существенно зависит от начального расстояния между ними. В данном случае формируется общая для всех четырех ударников область тыльного откола. Три сквозных отверстия в преграде соединяются между собой, а сквозное отверстие, образованное крайним правым, более удаленным ударником, остается изолированным. Рис. 4. Вид преграды с тыльной стороны после удара группы из четырех элементов. На рис. 5,а приведены результаты измерений отношения суммарной площади откола Б у к суммарной площади одиночных отколов пБ 0 в зависимости от отношения начального расстояния между частицами I (рас стояния между их центрами) к диаметру одиночного откола d о при раз личном числе частиц п в потоке. При расстоянии между частицами, боль шем диаметра одиночного откола, суммарная площадь откола Б ̂ с точно стью до ошибки измерения равна пБ о . При сближении частиц (увеличении плотности потока) до расстояний, меньших d о, суммарная площадь тыль ного откола уменьшается тем быстрее, чем больше частиц в потоке. С точки зрения достижения наибольшей площади откола в преграде при ударе груп пой тел поток частиц должен быть разрежен до такой степени, чтобы каждый индивидуальный процесс внедрения протекал независимо от дру гих. Дополнительный рост площади откола возможен при расстоянии между частицами, меньшем d о, но близком к нему, вследствие взаимовлияния частиц. Во второй серии экспериментов исследовалось изменение суммарной массы тыльного откола в преграде при неизменной общей массе однородных частиц в потоке, выбранной равной 20 г. В качестве базового варианта использовали один ударник массой 20 г. Толщина преграды составляла 10 мм, начальная скорость соударения - 3000 м/с. Рис. 5,6 иллюстрирует значи тельный рост откольной массы (отношения суммарной массы откольных элементов к начальной массе частиц) при увеличении числа частиц п в потоке. Данный эффект близок к случаю перехода от ударника компактной формы к ударнику в форме пластины эквивалентной массы. Кинетическая 1ББМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 2 99 С. А. Зелепугин, В. Н. Сидоров, И. Е. Хорее э н е р г и я п л а с т и н ы и з - з а б о л ь ш е й н а ч а л ь н о й п л о щ а д и к о н т а к т а с п р е г р а д о й б у д е т в б о л ь ш е й с т е п е н и р а с х о д о в а т ь с я н а о т к о л ь н о е р а з р у ш е н и е п р е г р а д ы , а н е н а о б р а з о в а н и е с к в о з н о г о о т в е р с т и я в н е й и о с т а т о ч н у ю с к о р о с т ь за п р е - г р а д н о г о п о т о к а . В у с л о в и я х , к о г д а о т к о л ь н о е р а з р у ш е н и е о с т а е т с я о с н о в н ы м т и п о м р а з р у ш е н и я , п р о с т о е “ д р о б л е н и е ” и с х о д н о й в ы с о к о с к о р о с т н о й ч а с т и ц ы с у щ е с т в е н н о (в н е с к о л ь к о р а з ) п о в ы ш а е т э ф ф е к т о т к о л ь н о г о р а з р у ш е н и я в п р е г р а д е . 5 / /пБ ( т о 7 п Рис. 5. Изменение суммарной площади (а) и полной массы (б) откольных элементов: 1 - п = 2 (удар двух элементов); 2 - п = 3; 3 - п = 4; 4 - п = 5. Т а к и м о б р а з о м , ч и с л е н н о е и ф и з и ч е с к о е м о д е л и р о в а н и е в з а и м о д е й с т в и я г р у п п ы т е л с п р е г р а д а м и к о н е ч н ы х р а з м е р о в п р и ф р о н т а л ь н о м ( с и н х р о н н о м ) и э ш е л о н и р о в а н н о м ( а с и н х р о н н о м ) с о у д а р е н и и п о к а з а л о с у щ е с т в е н н о е о т л и ч и е о т э к в и в а л е н т н о г о п о э н е р г и и о д и н о ч н о г о у д а р а . Э т о п р о я в л я е т с я в у в е л и ч е н и и с у м м а р н о й п л о щ а д и п о в р е ж д е н и я п р е г р а д и у с и л е н и и “ш р а п н е л ь н о г о ” э ф ф е к т а с п о р а ж е н и е м з а п р е г р а д н о й о б л а с т и , в ы зв а н н о г о зн а ч и т е л ь н ы м р о с т о м с у м м а р н о й м а с с ы т ы л ь н ы х о т к о л о в . Д о п о л н и т е л ь н ы й ф а к т о р , о п р е д е л я ю щ и й к о н е ч н ы й р е зу л ь т а т с о у д а р е н и я г р у п п ы т е л , - в з а и м о в л и я н и е в н е д р я ю щ и х с я ч а с т и ц п р и о п р е д е л е н н о м р а с с т о я н и и м е ж д у н и м и . Р а б о т а в ы п о л н е н а п р и ф и н а н с о в о й п о д д е р ж к е Р о с с и й с к о г о ф о н д а ф у н д а м е н т а л ь н ы х и с с л е д о в а н и й и М и н и с т е р с т в а о б р а з о в а н и я Р Ф . Р е з ю м е Е к с п е р и м е н т а л ь н о і ч и с л о в и м ш л я х о м у т р и в и м ір н ій п о с т а н о в ц і д о с л ід ж у ю т ь с я п р о ц е с и в и с о к о ш в и д к іс н о ї в з а є м о д і ї д е к іл ь к о х к о м п а к т н и х т іл із п е р е ш к о д о ю с к ін ч е н н о ї т о в щ и н и . В е к с п е р и м е н т а х ч и с л о ч а с т и н о к у о д н о р ід н о м у п о т о ц і з м ін ю в а л о с я в ід д в о х д о с е м и п р и в а р ію в а н н і щ іл ь н о с т і п о т о к у (в ід с т а н ь м іж ч а с т и н к а м и ) . У р о з р а х у н к а х м о д е л ю в а в с я с п ів у д а р із п е р е ш к о д о ю ч о т и р ь о х ч а с т и н о к п р и “ ф о н т а л ь н о м у ” і н е с и м е т р и ч н о м у е ш е - л о н о в а н о м у у д а р і . Н а в е д е н о о т р и м а н і ч и с л о в и м ш л я х о м к о н ф іг у р а ц і ї т іл і р о з п о д іл п и т о м о г о о б ’є м у м ік р о п о ш к о д ж е н ь у п е р е ш к о д і , е к с п е р и м е н т а л ь н і д а н і щ о д о з м ін и п л о щ і і м а с и т и л ь н и х е л е м е н т ів , щ о в ід к о л о л и с я . Д о с л ід - 100 1$$М 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 2 Экспериментальное и численное исследование разрушения ж е н о о с о б л и в о с т і д е ф о р м у в а н н я і р у й н у в а н н я п е р е ш к о д у з а л е ж н о с т і в ід с т у п е н я в з а є м о в п л и в у ч а с т и н о к . 1. Хорев И. E ., Горельский В. А ., Зелепугин С. А. И с с л е д о в а н и е р е л а к с а ц и о н н ы х э ф ф е к т о в в п л а с т и н е п р и с и н х р о н н о м к о н т а к т и р о в а н и и с н е й д в у х ч а с т и ц / / П р и к л . м е х а н и к а . - 1 9 8 9 . - № 6 . - С . 4 2 - 4 8 . 2 . Хорев И. E ., Горельский В. А ., Зелепугин С. А. Р а з р у ш е н и е и р е л а к с а ц и о н н ы е э ф ф е к т ы в п л а с т и н а х п р и с и н х р о н н о м к о н т а к т и р о в а н и и с н и м и д в у х т е л / / П р о б л . п р о ч н о с т и . - 1 9 9 2 . - № 7 . - С . 51 - 5 5 . 3 . Хорев И. E ., Зелепугин С. А ., Коняев А. А. и др. Р а з р у ш е н и е п р е г р а д г р у п п о й в ы с о к о с к о р о с т н ы х т е л / / Д о к л . Р А Н . - 1 9 9 9 . - 3 6 9 , № 4 . - С . 4 8 1 - 4 8 5 . 4 . Johnson G. R. H ig h v e lo c i t y im p a c t c a lc u la t io n s in th r e e d im e n s io n s / / J. A p pL M e c h . - 1 9 7 7 . - N o . 1. - P . 9 5 - 1 0 0 . 5 . Горельский В. А ., Зелепугин С. А ., Смолин А. Ю. И с с л е д о в а н и е в л и я н и я д и с к р е т и з а ц и и п р и р а с ч е т е м е т о д о м к о н е ч н ы х э л е м е н т о в т р е х м е р н ы х з а д а ч в ы с о к о с к о р о с т н о г о у д а р а / / В ы ч и с л и т е л ь н а я м а т е м а т и к а и м а т е м а т и ч е с к а я ф и зи к а . - 1 9 9 7 . - 3 7 , № 6 . - С . 7 4 2 - 7 5 0 . 6 . Seaman L., Curran D. R ., and Shokey D. A. C o m p u ta t io n a l m o d e ls fo r d u c t i le a n d b r itt le fr a ctu r e / / J. A p p l . P h y s . - 1 9 7 6 . - 4 7 , N o . 1 1 . - P . 4 8 1 4 - 4 8 2 6 . 7 . Горельский В. А ., Зелепугин С. А ., Сидоров В. Н. Ч и с л е н н о е и с с л е д о в а н и е т р е х м е р н о й з а д а ч и в ы с о к о с к о р о с т н о г о в з а и м о д е й с т в и я ц и л и н д р о в с н е д е ф о р м и р у е м о й п р е г р а д о й с у ч е т о м р а з р у ш е н и я и т е м п е р а т у р н ы х э ф ф е к т о в / / П р и к л . м е х а н и к а . - 1 9 9 4 . - 3 0 , № 3 . - С . 3 5 - 4 0 . 8 . Сугак С. Г., Капель Г. И ., Фортов В. E. и др. Ч и с л е н н о е м о д е л и р о в а н и е д е й с т в и я в зр ы в а н а ж е л е з н у ю п л и т у / / Ф и з и к а г о р е н и я и в зр ы в а . - 1 9 8 3 . - 1 9 , № 2 . - С . 121 - 1 2 8 . 9 . Gust W. H. H ig h im p a c t d e fo r m a t io n o f m e ta l c y lin d e r s a t e le v a t e d te m p e r a tu r e s / / J. A p p l . P h y s . - 1 9 8 2 . - 5 3 , N o . 5 . - P . 3 5 6 6 - 3 5 7 5 . 10 . Зелепугин С. А ., Никуличев В. Б. Ч и с л е н н о е м о д е л и р о в а н и е в з а и м о д е й с т в и я с е р ы и а л ю м и н и я п р и у д а р н о - в о л н о в о м н а г р у ж е н и и / / Ф и з и к а г о р е н и я и в зр ы в а . - 2 0 0 0 . - 3 6 , № 6 . - С . 1 8 6 - 1 9 1 . 11 . Капель Г. И ., Разоренов С. В ., Уткин А. В ., Фортов В. E. И с с л е д о в а н и я м е х а н и ч е с к и х с в о й с т в м а т е р и а л о в п р и у д а р н о - в о л н о в о м н а г р у ж е н и и / / И зв . Р А Н . М е х а н и к а т в е р д о г о т е л а . - 1 9 9 9 . - № 5 . - С . 1 7 3 - 1 8 8 . 1 2 . Зелепугин С. А. Ч и с л е н н о е м о д е л и р о в а н и е в ы с о к о с к о р о с т н о г о в з а и м о д е й с т в и я т е л с у ч е т о м м о д е л и р а з р у ш е н и я э р о з и о н н о г о т и п а / / В ы ч и с л и т е л ь н ы е т е х н о л о г и и . - 2 0 0 1 . - 6 , ч . 2 . - С . 1 6 3 - 1 6 7 . Поступила 29. 12. 2002 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2003, № 2 101

Экспериментальное и численное исследование разрушения преград группой высокоскоростных тел

Репозитарії

Схожі ресурси