Исследование пробития алюминиевой плиты заостренным стальным ударником




Скачать 50.26 Kb.
НазваниеИсследование пробития алюминиевой плиты заостренным стальным ударником
Дата09.10.2012
Размер50.26 Kb.
ТипИсследование
Численное исследование пробития алюминиевой
плиты заостренным стальным ударником
при скорости удара 0.3÷0.86 км/с


А. А. Краюхин, А. Г. Иоилев, А. Л. Стадник, Ю. В. Янилкин

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский НИИ экспериментальной физики, Институт теоретической и математической физики, Саров, Россия

При численном моделировании процессов пробивания и проникания с помощью эйлеровых расчетных методик одной из методических сложностей является правильное с точки зрения физики процесса описание контактной границы между материалами ударника и преграды [1, 2] (проблема смешанных ячеек). В литературе описаны различные способы для представления контактной границы: это алгоритмы «эрозии» (erosion) смешанных счетных ячеек [3], алгоритм выделения «пограничного» слоя в более мягком материале (BLINT) [4] и т.д. Однако все эти методы a priori навязывают разрушение материала на контактной границе и могут привести к физически неправильным результатам.

Данная работа посвящена отработке численного моделирования физических процессов, происходящих при дозвуковом пробитии преграды малодеформируемым ударником, с помощью эйлеровых расчетных методик ЭГАК [5] и ТРЭК [6]. В качестве тестовой задачи были выбраны эксперименты [7] по пробитию пластины из Al 6061 T651 толщиной 2.63 см стержневым ударником из стали 4340 с диаметром 1.29 см, длиной 8.89 см и оживальным наконечником (CRH = 3). Удар осуществлялся по нормали и под углом α=60º к поверхности мишени в диапазоне скоростей удара 0.3÷0.86 км/с. В опытах с помощью рентгенографирования определялись условия подхода ударника к преграде (углы атаки и рысканья), а также динамика пробития мишени и запреградная скорость ударника. Эти эксперименты неоднократно использовались для валидации зарубежных расчетных методик [2, 8, 9].

В этой работе для моделирования ударного сжатия материалов использовалось уравнение состояния в форме Ми-Грюнайзена. Для определения предела текучести материалов применялась модель Джонсона-Кука. Отрицательное давление ограничивалось величиной откольной прочности. Расчеты проводились на равномерной квадратной сетке, на радиус ударника приходилось 40 счетных ячеек.

Результаты двумерных расчетов показали, что при пробитии алюминиевой плиты на поверхности каверны образуется тонкий расплавленный слой материала мишени (толщина ~ 2 счетных ячейки), который возникает из-за диссипации энергии при пластическом деформировании. Способность моделирования этого слоя позволяет получить хорошее согласие с опытами по величине запреградной скорости и динамике пробития ударником преграды во всем диапазоне скоростей удара (см. рис. 1, 2). При использовании более грубой счетной сетки или модели предела текучести материала мишени без температурного разупрочнения расчетные значения запреградной скорости оказываются намного меньше экспериментальных. Аналогичные результаты получены в работе [10].










V0=0.308 км/с, t=185 мкс

V0=0.4 км/с, t=152 мкс

Рис. 1. – Экспериментальные рентгенограммы и поля веществ
в расчетах на одинаковые моменты времени



Рис. 2. – Зависимость запреградной скорости ударника от скорости удара


Трехмерное численное моделирование пробития преграды под углом α = 60º к поверхности мишени со скоростью V0 = 0.4 км/с проводилось с учетом выводов, сделанных при анализе результатов двумерных расчетов: использовались модель Джонсона-Кука для мишени и счетная сетка с 40 ячейками на радиус ударника. На рис. 3 представлены экспериментальные рентгенограммы и поля веществ в расчете на одинаковые моменты времени. Как видно из рисунка, динамика пробития преграды и характер изгиба стержня, полученные при численном моделировании, хорошо согласуются с опытными данными. В расчете запреградная скорость ударника составила Vr = 0.205 км/с, в экспериментах Vr = 0.215÷0.217 км/с. Необходимо отметить, что в расчете изгиб ударника на момент вылета из мишени несколько меньше, чем в опытах. Это, возможно, связано либо с выбором прочностных параметров для материала ударника, испытавшего более сильное упрочнение, чем в экспериментах, либо с пренебрежением откольным разрушением материала мишени. В статье [7] отмечено, что на тыльной поверхности мишени при наклонном ударе имел место небольшой откол, который способствовал, по-видимому, более сильному изгибу стержня.

В работе показано, что использование подробной счетной сетки и модели предела текучести с температурным разупрочнением позволило успешно решить проблему смешанных ячеек, возникающую при моделировании пробития алюминиевой плиты стальным ударником с помощью эйлеровой методики без использования каких-либо искусственных предположений о состоянии материалов на контактной границе. Результаты двумерных расчетов показали хорошее количественное согласие с экспериментальными данными по значениям запреградной скорости ударника, по определению величины баллистического предела и по картинам проникания на одинаковые моменты времени. Результаты пробития пластины под углом показали хорошее количественное согласие с экспериментальными данными по значению запреградной скорости ударника и динамике пробития преграды; также получено качественное согласие по характеру двойного изгиба ударника при пробивании. В заключение отметим, что авторам не известны работы по успешному численному моделированию данных экспериментов по наклонному пробитию с помощью эйлеровой методики даже на качественном уровне [2].











t = 43.3 мкс

t = 139.1 мкс









t = 204.3 мкс

t = 293.9 мкс











t = 421.1 мкс







Рис. 3. – Экспериментальные рентгенограммы и поля веществ в расчете
на одинаковые моменты времени при наклонном ударе

литература

1. Scheffler D.R., Zukas J.A. Practical aspects of numerical simulation of dynamics events: material interfaces // Int. J. Impact Engng. – 2000. – Vol. 24. – No. 8. – P.821–842.

2. Scheffler D.R. Modeling non-eroding perforation of an oblique aluminum target us-ing the Eulerian CTH code // Int. J. Impact Engng. – 2005. – Vol. 32. – No. 1–4. –P. 461–472.

3. Zukas J.A. Introduction to hydrocodes. – Amsterdam: Elsevier, 2004.

4. CTH reference manual: boundary layer algorithm for sliding interfaces in two di-mensions: Technical Report / SNL; Silling S.A.; Report No. SAND92-2487. Albuquerque, 1994.

5. Янилкин Ю.В., Беляев С.П., Городничев А.В., Волгин А.В., Воронов Е.Г., Гу-жова А.Р., Дегтяренко Л.И., Жарова Г.В., Кучерова П.А., Стадник А.Л., Ховрин Н.А. Комплекс программ ЭГАК++ для моделирования на адаптивно-встраивающейся дроб-ной счетной сетке // ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процес-сов. – 2003. – Вып. 1. – С. 20﷓28.

6. Стадник А.Л., Тарасов В.И., Янилкин Ю.В. Эйлерова методика расчета упру-гопластических течений многокомпонентной среды // ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. – 1995. – Вып. 3. –С. 52–60.

7. Piekutowski A.J., Forrestal M.J., Poormon K.L., Warren T.L. Perforation of alumi-num plates with ogive-nose steel rods at normal and oblique impacts // Int. J. Impact Engng. – 1996. – Vol. 18. – No. 7﷓8. – P. 877–887.

8. Johnson G.R., Stryk R.A. Conversion of 3D distorted elements into meshless parti-cles during dynamic deformation // Int. J. Impact Engng. – 2003. – Vol. 28. – No. 9. – P. 947–966.

9. Wang P., Hong T. Three dimensional numerical simulation of high velocity penetra-tion with SPH method. Abstract. ISIE-5, 2004.

10. Borvik T., Forrestal M.J. et al. Penetration of AA5083-H116 aluminum plates with conical-nose steel projectiles – Calculations // Int. J. Impact Engng. – 2009. – Vol. 36. – No. 3. – P. 426–437.

Похожие:

Исследование пробития алюминиевой плиты заостренным стальным ударником iconFsc термины и определения, относящиеся к цепочке поставок
Сборная продукция. Продукция, собранная из двух и более элементов цельной древесины и\или щепы и древесноволокнистых компонентов,...
Исследование пробития алюминиевой плиты заостренным стальным ударником iconТехническое задание на поставку мебели
Крышки столов, опоры столов, горизонтальные щиты изготовлены из плиты толщиной 25 мм. Щиты жесткости столов изготовлены из плиты...
Исследование пробития алюминиевой плиты заостренным стальным ударником iconЭколого-микробиологическая характеристика наземных экосистем в районе предприятий алюминиевой промышленности

Исследование пробития алюминиевой плиты заостренным стальным ударником iconИсследование распространения и генезиса эффузивно-обломочных породы Западной Сибири
Целью данного исследования является изучение, выделение структурно-текстурных особенностей, строения, условий залегания, коллекторских...
Исследование пробития алюминиевой плиты заостренным стальным ударником iconЛектор
«Мировые научно-технические достижения в алюминиевой промышленности» (энергосбережение, управление и диагностика, совершенствование...
Исследование пробития алюминиевой плиты заостренным стальным ударником iconРасчет сборной железобетонной круглопустотной плиты
Определение геометрических характеристик сечения для предельных состояний 1-й группы
Исследование пробития алюминиевой плиты заостренным стальным ударником iconПредельному состоянию
Примером является потеря устойчивости основания Трансконского элеватора в Канаде, один край которого в момент нагрузки дал осадку...
Исследование пробития алюминиевой плиты заостренным стальным ударником iconМежгосударственный стандарт гост 9573-96 "Плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем теплоизоляционные. Технические условия" (введен в действие постановлением Минстроя РФ от 6 декабря 1996 г. N 18-90)
Требования настоящего стандарта, изложенные в 1, 3, 1 2, 3, 7, 5 7, разделах 4 6, являются обязательными
Исследование пробития алюминиевой плиты заостренным стальным ударником iconКак классифицируют холодные блюда и закуски?
В зависимости от вида используемо­го топлива и энергии видоизменяются конструкции плит. Однако, все плиты имеют общие конструктивные...
Исследование пробития алюминиевой плиты заостренным стальным ударником iconПечат. Конференция "Научно-технический прогресс и экология". Тезисы докладов I i республиканской научно-технической конференции 27-29 мая г. Актау. 1992 г. 0,1
Субдукционная модель нефтегазообразования в западной части Туранской плиты (Бузачи, Мангышлак)
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница