4-7 Jule 2011, Barnaul
XXII Conference on Numerical Methods for Solving Problems in the Theory of Elasticity and Plasticity

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. 771773.

  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.

Abstracts file: RadchenkoAV.doc
Full text file: RadchenkoAV_AltGU.doc


To reports list