Радченко А.В.   Радченко П.А.  

Особенности разрушения разнесенных преград из анизотропного материала при ударе

Reporter: Радченко А.В.

Создание материалов с заданными свойствами является актуальной задачей. Современные технологии получения материалов позволяют оптимизировать прочностные параметры конструкции для работы в определенных режимах внешних воздействий. Такая оптимизация может быть произведена либо благодаря сообщению структуре материала упорядоченности, либо благодаря армированию материала упрочняющими элементами. В композиционном материале матрица и включения компонуются в макроскопически многофазный материал для усиления определенных физических свойств до такой степени, которая недостижима для компонентов по отдельности. После такой компоновки материал, как правило, приобретает высокую степень анизотропии. К сожалению, несмотря на существенный прогресс, достигнутый в технологиях получения материалов с заданными свойствами, исследований, посвященных материалам с преимущественной ориентацией физико-механических свойств, крайне мало. Особенно это касается данных о поведении таких материалов при динамических нагрузках. Это относится как к экспериментальным исследованиям, так и к математическому и численному моделированию.

Анализ поведения таких материалов проводится, как правило, с использованием инженерных методик [1] и позволяет получить приблизительные оценки интегральных параметров для условий, допускающих понижение размерности задачи с трех (поведение анизотропных материалов, как правило, трехмерное) до двух. Подобные случаи ограничиваются осесимметричным воздействием на транстропный материал. Но такие ключевые факторы, как динамика разрушения, сравнительный анализ поведения материалов с различной симметрией свойств, эволюция волновых процессов, влияние ориентации свойств, которые могут стать определяющими при динамических процессах, остаются за рамками подобных методик.

Применение анизотропных материалов в конструкциях, испытывающих ударно-волновые нагрузки, позволяет за счет оптимизации ориентации упругих и прочностных свойств материала по отношению к внешнему воздействию повышать эксплуатационные характеристики конструкции [2, 3]. Помимо оптимизации свойств материала также используются различные подходы, связанные с конструктивными решениями. Например, для защиты конструкций от ударного воздействия широко используются разнесенные (экранированные) преграды. Особенно эффективны разнесенные преграды для защиты конструкций от высокоскоростных объектов [4, 5].

В данной работе проводится сравнительный анализ развития разрушений в монолитных и разнесенных преградах при высокоскоростном взаимодействии. Материалом преград является ортотропный органопластик с высокой степенью анизотропии упругих и прочностных свойств. Исследовано разрушение, эффективность монолитной и разнесенной преград в зависимости от ориентации свойств анизотропного материала в диапазоне скоростей удара от 750 до 3000м/с.

Численное моделирование проводится методом конечных элементов в трехмерной постановке [6]. Расчет контактных границ осуществляется по алгоритму, предложенному в работе [7]. Для проверки адекватности модели для описания поведения органопластика проводилось сравнение численных и экспериментальных данных, которое показало удовлетворительное согласование результатов [8]. Для описания поведения стальных ударников применялась упругопластическая модель с использованием уравнения состояния Ми-Грюнайзена, для ортотропного органопластика – упругохрупкая модель с использованием критерия разрушения Цая-Ву.

1. Зукас Дж.А., Николас Т., Свифт Х.Ф., Грещук Л.Б., Курран Д.Р. Динамика удара. М.: Мир, 1985. 296 с.

2. Радченко А.В., Кобенко С.В. Зависимость разрушения анизотропного материала от ориентации упругих и прочностных свойств при ударе // ДАН. 2000. Т. 373, № 4. С. 479–482.

3. Радченко А.В., Кривошеина М.Н., Кобенко С.В., Марценюк И.Н. Влияние анизотропии свойств оболочки на инициирование детонации в твердом топливе при ударных и импульсных нагрузках // Химическая физика. 2001. Т. 20, № 6. С. 123–128.

4. Горельский В.А., Радченко А.В., Хорев И.Е. Численное исследование упругопластического взаимодействия твердых частиц с составными пластинами // Прикладная механика. 1987. Т. 23, № 7. С. 117–120.

5. Горельский В.А., Радченко А.В., Хорев И.Е. Кинетические механизмы процесса пробивания двухслойных пластин // Известия АН СССР. Механика твердого тела. 1988. № 6. С. 185–189.

6. Johnson G.R. High Velocity Impact Calculations in Three Dimension // J. Appl. Mech. March. 1977. P. 95-100.

7. Johnson G.R. Three-dimensional analysis of sliding surface during high velocity impact // J. Appl. Mech. 1977. № 6. P. 771–773.

8. Radchenko A.V., Kobenko S.V., Marcenuk I.N., Khorev I.E., Kanel G.I., Fortov V.E. Research on features of behavior of isotropic and anisotropic materials under impact // Int. J. Impact Eng. 1999. Vol. 23. P. 745–756.