Удк 539.3 исследование процессов высокоскоростного деформирования и разрушения комбинированных ударников

На правах рукописи

Орлов Юрий Николаевич УДК 539.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ УДАРНИКОВ 01.02.04 – механика деформируемого твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск-2007 2

Работа выполнена в ОСП НИИ прикладной математики и механики и ка федре механики деформируемого твердого тела физико-технического фа культета Томского госуниверситета

Научный консультант: кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Глазырин В.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Люкшин Б.А.

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Зелепугин С.А.

Ведущая организация: Томский политехнический университет

Защита состоится 5 октября 2007 г. в 1400 часов на заседании диссертаци онного совета Д 212.267.13 при Томском госуниверситете по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского госунивер ситета по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 34а.

Автореферат разослан «_» 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук _Ю.Ф.Христенко Актуальность работы. Высокоскоростные процессы, протекающие в твердых телах при их ударном или взрывном нагружении, являются в наше время предметом интенсивных фундаментальных и прикладных исследований.

К актуальным направлениям техники, в которых задачи удара могут найти при ложение, можно отнести создание эффективных противоударных защит гражданских и военных объектов и техники, гидроштамповку, ударноволновое прессование, сварку и резание взрывом, взрывное упрочнение, безопасность оболочек ядерного реактора в случаях попадания в них предметов извне (летательных аппаратов, осколков и пр.) или нагружения изнутри (опасно высокие давления, возникающие при нарушении работы реактора) и т.д. Кроме этого, надо отметить необходимость защиты космиче ских аппаратов от воздействия на них микрометеоритов и частиц техногенного про исхождения. Накопленный опыт в области высокоскоростного деформирования твер дых тел представляет интерес в медицине и астрофизике.

Наиболее эффективный и информативный способ моделирования высокоскоро стного соударения твердых тел базируется на решении основной системы уравнений механики деформируемого твердого тела (МДТТ). В общем случае, для задач удара такая система уравнений с определяющими соотношениями, граничными и началь ными условиями аналитического решения не имеет. Для ее решения используют чис ленные методы.

Целью диссертационной работы является создание методики компьютерного мо делирования и проведения с её помощью численных исследований процессов дефор мации и разрушения при взаимодействии с преградами комбинированных ударников, в том числе наполненных взрывчатым веществом.

Научная новизна заключается в том, что на основе предлагаемого подхода раз работана новая расчетно-математическая модель, описывающая высокоскоростное деформирование и разрушение твердых тел, явно учитывающая фрагментацию и по зволяющая моделировать ударное и взрывное нагружение неоднородных конструк ций.

Практическая значимость Созданная методика численного моделирования мо жет быть полезна при проведении фундаментальных и прикладных исследований. В плане фундаментальных НИР использование данной методики позволяет выяснять закономерности процесса высокоскоростного деформирования и разрушения конструк ционных материалов и, кроме того, получать результаты в недоступной для экспери мента области начальных условий. В плане прикладных исследований, а также при про ведении НИОКР, методика позволяет прогнозировать поражающие способности проек тируемых комплексных ударников, и, напротив, ударостойкость защитных гражданских и военных сооружений.

Результаты работы внедрены и использованы при выполнении следующих НИР:

- «Создание методов прогнозирования стойкости бронепреград различного соста ва», шифр «Ибрис», заказчик: Секция прикладных проблем при Президиуме РАН, 1999-2001г;

- «Создание математических методов исследования конструкционных материалов при ударных и взрывных нагрузках». Код НИР: 03.01.015. межотраслевая программа Министерства образования РФ и Министерства обороны РФ «Научно-инновационное сотрудничество», 2001-2002г;

- «Исследование деформирования и разрушения материалов конструкций в усло виях интенсивного нагружения» № гос. регистрации 01.200.1 12393, УДК 532.546, 2001-2005г.

Диссертационная работа выполнялась при частичном финансировании по про грамме Минобразования РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2006 2008 годы) (проект РНП 2.1.2.2398)» и частичной поддержке гранта РФФИ (код про екта № 07-08-00623а).

Достоверность результатов численного моделирования подтверждена решением ряда тестовых задач, результаты которых сравнивались с аналитическим решением и экспериментальными данными. Рассмотрены задачи о распаде разрыва, об ударе ци линдра по жесткой стенке, о пробитии ударником однородных и двухслойных пре град, об отколе в стальной пластине, о глубоком внедрении ударников в полубеско нечные преграды.

Положения, выносимые на защиту.

1. Расчетно-математическая модель для описания процессов высокоскоростного деформирования и фрагментации повреждаемых твердых тел, вызванных разруше ниями отрывного и сдвигового характера.

2. Методика компьютерного моделирования проникания, перфорации, действия продуктов детонации при многоконтактных взаимодействиях, с возможностью явного выделения поверхностей разрыва сплошности материала.

3. Результаты численного исследования взаимодействия с преградами оболочеч ных ударников с оживальной и затупленной головными частями.

4. Результаты численного исследования взаимодействия с преградами неодно родных и резиновых ударников.

5. Результаты численного исследования взаимодействия с преградами крупнога баритных ударников наполненных ВВ.

Личный вклад автора заключается в разработке численного метода, создании компьютерной программы расчета и программы обработки полученных результатов, проведении расчетов и анализе результатов.

Апробация работы:

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Межд. конф. по судостроению (С.-Петербург, 1994);

Межд.

конф., посвященная акад. Н.Н. Яненко (Новосибирск,1996);

Межд. конф. «Сопряженные задачи механики и экологии» (Томск, 1996);

Межд. конф. «Всесибирские чтения по мат-ке и механике» (Томск, 1997);

Всеросс. конф. «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механи ки» (Томск, 1998, 2000, 2001, 2002, 2004, 2006);

Конф. волжского регионального центра РАРАН «Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения», Саров, 2000 г;

VI Всеросс. науч.-техн. конф. «Механика летательных аппаратов и современные материалы» (Томск, 1998, 1999);

Межд. конф. «Вычислительные и информационные технологи в науке, технике, образовании» (Алма-Ата, 2002);

IX Всеросс. науч.-техн. конф. «Физика и химия высокоэнергетических систем» (Томск, 2003);

Международная конф. «Вычислительные и ин формационные технологии в науке, технике и образовании» ВИТ-2003 (Усть-Каменогорск, 2003);

Научная конф. волжского регионального центра РАРАН «Современные методы проекти рования и отработки ракетно-артиллер. вооружения» (Саров, 2003);

VI, VII Всеросс. науч.-техн.

конф. «Наука. Промышленность. Оборона 2005» (Новосибирск, 2005, 2006);

V Межд. конф. по внутрикамерным процессам и горению в установках на твердом топливе и ствольных системах ICOC’2005 (Москва, 2005);

VIII Межд. конф. «Забабахинские научные чтения» (Снежинск, 2005);

III Межд. конф. «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2006);

IX Все росс. съезд по теоретической и прикладной механике (Нижний Новгород, 2006);

Межд. конф.

«Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании» ВИТ- (Павлодар, 2006).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 16 печатных работах.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка ис пользуемой литературы;

содержит 72 рисунка, 12 таблиц, библиографический список из 97 наименований – всего 161 страница.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении диссертации проведен обзор и анализ методов в механике деформи руемого твердого тела для решения задач высокоскоростного взаимодействия, обос нована актуальность проводимых исследований;

сформулирована цель работы;

рас крыты ее научная новизна и практическая значимость, изложены положения, выноси мые на защиту, дано краткое содержание диссертации.

Первая глава посвящена математической постановки задачи соударения твер дых тел с позиций феноменологической макроскопической теории сплошной среды на основе уравнений неразрывности, сохранения импульса и энергии для объема V сплошной среды в виде • • + i ( vi ) = 0, vi j ij = 0, E ij eij = 0, t ij = ij ( ij, E ), i =, i, j = 1, 2,3, xi где - плотность вещества;

vi - компоненты вектора скорости;

ij, ij, eij - компо ненты тензоров напряжений, деформаций и скоростей деформаций, E - удельная внутренняя энергия.

Для решения задачи используется модель, в основе которой лежит упругопласти ческое поведение материала. Определяющие соотношения задаются в форме Прандт ля – Рейса при условии текучести Мизеса. Среда предполагается повреждаемой, по вреждения в материале трактуются как эволюционирующие в волнах напряжений изначальные микропустоты, которые описываются кинетическим уравнением поро образования. Рост и накопление микроповреждений учитываются посредством кор рекции характерных параметров моделируемой среды.

В работе использовались уравнения состояния Уолша и Жукова (НИИ ПММ, г.

Томск), константы которого определены для ряда материалов, в том числе для орг (1.5в) стекла, полистирола, текстолита, стеклотекстолита и асботекстолита.

Разрушение хрупких и пластичных материалов в процессе ударноволнового на гружения может происходить по отрывному или сдвиговому механизму. Будем счи тать, что отрывные разрушения происходят при достижении главным растягивающим напряжением значения откольной прочности k, либо при достижении микроповреж дениями (пористостью) предельного значения :

* 1 k,, *.

Для прогнозирования сдвиговых разрушений используется критерий, где мерой повреждения материала является удельная работа сдвиговых пластических деформа ций Ар.

При выполнении условия:

ij d ijp t* t* Ар Ap ;

Ap = dAp = * 0 * материал считается разрушенным по типу сдвига ( Ap - критическое значение удель ной работы сдвиговых пластических деформаций).

Начальные условия в задачах ударного взаимодействия твердых тел предполага ют задание (возможно и равное нулю) компонентов напряжений, давления и внутрен ней энергии, плотность и скорость заданы, граничные условия на свободных поверх r r ностях задают равенство нулю вектора напряжений на площадке с нормалью n. (1.11) n Условия на контактной поверхности реализуются через алгоритм скольжения. Глубо (1.12) кое проникание моделируется посредством алгоритма эрозии.

(1.10) Одним из ключевых моментов, при моделировании разрушения тела на фрагмен ты, является выбор метода образования трещин. В настоящее время существует не сколько распространенных методов трещинообразования.

В одном из таких методов (назовем его первым), в каждом элементе периодически вычисляются главные напряжения в предположении использовать их минимаксные свойства. При выполнении условия разрушения вычисляется площадка к максималь ному отрывному напряжению, соотнесенная к центру элемента. Затем вычисляются расстояния от узлов элемента до линии, обозначающей площадку, которая и перено сится в ближайший узел. После этого узел расщепляется по сторонам этого узла.

В другом методе (втором), в отличие от предыдущего, главные напряжения опре деляются в узлах и вычисляются как среднее значение главных напряжений в элемен тах, ассоциированных с данным узлом, остальное как в предыдущем методе.

Метод, предложенный автором работы (третьем), предназначен в основном для образования трещин по объёмным критериям расщепления, когда направление тре щины напрямую не определено природой критерия (пористость, работа пластических деформаций). В этом методе критерий расщепления вычисляется в узлах, через его значения в элементах. В случае его выполнения, из всех возможных, выбирается такое направление трещины, при котором градиент значений критерия между её концами минимален (рис. 1б,1в).

Для иллюстрации приведенных способов расщепления узлов смоделировано сре зание пробки в 10 мм дюралевой пластине, помещенной в штамп (рис. 1г – 1ж). Кри терием расщепления в данном случае выбрана удельная работа сдвиговых пластиче ских деформаций.

Во второй главе проведено тестирование разработанной методики численного моделирования на качественное и количественное соответствие параметрам модели руемого процесса, а также бесспорным физическим соотношениям.

С этой целью решены задачи о распаде разрыва (рис. 2а), об ударе стального ци А А 10 мкс а) б) Направление трещины в) V0 = 300 м/с Д16 10 мм е) t = 0 мкс г) Расчет по второму методу а t = 16 мкс д) ж) Расчет по первому методу Расчет по третьему методу Рисунок Vo=400 м/с 0,08 1 мкс 3 мкс аналит. реш.

5 мкс 0, 0, - -(-P+Sz),ГПа* 0, V0 = 400 м/с 0, 5 мкс 0, 0, Распад разрыва. Удар 0,01 ударник стального диска по 0, стальному цилиндру. преграда -0, -4 -3 -2 -1 а) Z, см Удар стального L/L0 удар по ж.стенке(Зах.10 КБар) 1. стержня по жесткой преграде эксперимент 0. V0 = 542 м/с 0. 0 мкс 0. 0. 60 мкс 0. 0. 0 10 20 30 40 50 Т,мкс б) Сф.,ст.уд.,d=12.7-стеклтстл(10.5мм)+д16(6мм) V0 = 680 м/с V0=680м/с, Vз=315м/с, Vрасч=321м/с стеклотекстолит Д V, м/с эксперим.

в) 0 20 40 60 Рисунок 2. Т, мкс V V0 = 4500 м/с R Соударение с образованием осколочно го облака.

17 мкс а) V0 = 2580 м/с Глубокое проникание сегментирован ного вольфрамового стержня в сталь ную преграду б) Рисунок V0 = 781 м/с 30 мкс 200 расчет эксперимент Vz, м/с 50 мкс 50 Скорость тыльной поверхн. алюм. преграды толщ. 16.2 мм после удара компактн. ст. ударн.

d = 8.15 мм. V0 = 781 м/с 0 10 20 30 40 50 а) Откол в стальной пластине Т, мкс Продукты детонации 400 мкс б) Взрывное нагружение свин цовой пластины Рисунок 1 2 1) – стальная оболочка 3 2) – свинцовая рубашка, 3) – стальной сердечник В1 В2 В3 В Рисунок 5 – Начальная конфигурация ударников В1 – В4.

В1 В2 В3 В4 В1 В2 В3 В 240 мкс 210 215 160 410 мкс 270 505 Рис. 6 - В1–В4 -Д16 (4 мм) Рис. 7 - В1–В4 - Д16 (8 мм) 250 мкс 240 300 230 90 мкс 110 90 Рис. 8 - В1–В4 -Ст (4 мм) Рис. 9 - В1–В4 -Ст (8 мм) линдра по жесткой стенке (рис. 2б), о сквозном пробитии сферическим ударником однородных и двухслойных преград (рис. 2в), о глубоком внедрении сердечников винтовочных пуль в полубесконечные алюминиевые преграды.

Расхождения между укорочением (отношение конечной длины к начальной lк/ l0), зафиксированные в расчете и эксперименте при решении задачи об ударе цилиндра по жесткой стенке, не превышали 2%. Начальная скорость варьировалась от 161 м/с до 367 м/с.

Моделирование процесса пробития однородных и двухслойных преград из стек лотекстолита и алюминия осуществлялось для диапазона начальных скоростей удара от 373 м/с до 932 м/с. Сравнивались запреградные скорости центра масс ударников, зафиксированные в расчете и эксперименте. Во всех случаях расхождения не превы сили 4,5%.

Результаты расчетов внедрения ударников с оживальной головной частью в пре грады для диапазона от 336 м/с до 1031 м/с показали, что расхождения между расчет ной глубиной проникания и зафиксированной в эксперименте не превышают 5%.

На рис. 3а показано высокоскоростное соударение с образованием осколочного облака, на рис. 3б – глубокое проникание (расхождение с экспериментом 7.5%), на рис. 4а – откол в стальной пластине, на рис. 4б – взрывное нагружение свинцовой пластины.

В третьей главе отмечается тот факт, что существует потребность в бесшумном (или малошумном) оружии, которое используется спецподразделениями силовых ведомств государств. Одним из способов уменьшения шума при выстреле является применение оружия с начальными скоростями стрельбы ниже скорости звука в возду хе. Поскольку пробивное действие пули при уменьшении начальной скорости умень шается, важно выяснить, возможны ли такие изменения в компоновке штатной пули, которые бы, в какой-то мере, компенсировали уменьшение её пробивного действия.

Для этого численно исследуется изменение пробивной способности 9 мм пули, вызванное модификацией её сердечника. Ударники, полученные в результате такой модификации, изображены на рис. 5.

На рис. 6 изображены расчетные конфигурации после соударения ударников В1–В4 с дюралевой плитой толщиной 4 мм, а на рисунках 7, 8 и 9 с 8 мм дюралевой, 4 мм стальной и 8 мм стальной преградами соответственно. Сводные данные по этим рас четам приведены в табл. 1.

Из таблицы видно, что наибольшим пробивным действием для исследуемых здесь преград, обладает ударник В4, а наименьшим – В1. Объяснением этого с точки зрения устоявшихся представлений, неожиданного результата служит разница в ме ханизме перфорации преград. В случае В1 перфорация преграды происходит по типу прокола, а в случае В4 - по типу срезания пробки, при котором затрачивается меньше энергии. В таблице также приведены расчеты по соударению компоновок В1–В4 с 4 миллиметровыми преградами из ВПС (высокопрочной стали, предел текучести 0.8ГПа) и титана (предел текучести 0.6ГПа).

Далее исследовалось влияние материала сердечника на пробивное действие удар ников. В качестве материалов сердечников использовались: сталь марки Ст10, свинец, вольфрамо-никелево-железный сплав (ВНЖ), уран и золото.

На рис. 10 изображены текущие конфигурации при соударении ударников В1–В (золотой сердечник) с 4 мм пластиной из стали. Характерным для этого взаимодейст В1 В2 В3 В4 В1 В 160 мкс 120 160 160 185 мкс 240 мкс Рис.10 - В1–В4(Au) - Ст(4мм) Рис.11 - В1,В4 (Pb) - Pb (8 мм) В1 В4 В1 В4 В1 В 185 мкс 160 мкс 215 мкс 160 100 Рис. 13 - В1,В4 (Pb) -Ст (4 мм) Рис.12 В1,В4(ВНЖ) -ВПС(4,8 мм) 0 мкс 180 мкс 0 мкс 200 Рис. 15 В4(р) - Ст (4 мм) Рис. 14 В2(р) - Ст (4 мм) вия можно считать образование у сердечника грушевидной формы в процессе внедре ния. С увеличением поперечного сечения сердечника в контакт с ним вовлекается всё большее количество материала преграды, отчего увеличивается её прогиб, а также возрастает торможение ударника. Перфорация преграды происходит вследствие раз рушения материала, вызванного растягивающими радиальными напряжениями, и диаметр пробоины, очевидно, больше, чем в случае жесткого ударника. Такой меха низм перфорации можно определить как продавливание.

Таблица 1 - Запреградные скорости сердечников из стали У10А ударников В1-В4.

Запреградная скорость (м/с) Д16 Д16 Ст3 ВПС Титан Преграда (4 мм) (8 мм) (4 мм) (4 мм) (4 мм) Эксперимент 190 95 166 ---- --- В Расчет 196 98 167 17* Эксперимент 241 135 186 ---- --- Ударник В Расчет 232 131 182 19* Эксперимент 216 87 147 ---- --- В Расчет 226 103 149 128 Эксперимент 258 173 188 ---- --- В Расчет 252 174 182 161 На рис. 11 приведены текущие конфигурации внедрения ударника В1 и В4 со свинцо вым сердечником в 8 мм свинцовую преграду. В начале внедрения В1 свинцовый сердечник, сдерживаемый стальной оболочкой, формирует входное отверстие, при мерно равное диаметру ударника. После разрушения оболочки сердечник в процессе движения расширяется, поэтому выходное отверстие почти в два раза превышает входное. В ещё большей степени экспансивный эффект проявляется в случае В4, по скольку в этом варианте ударника оболочка срезана и меньше препятствует расшире нию сердечника в радиальном направлении. Входное отверстие в этом варианте – мм, а выходное – 20 мм.

На рис. 12 изображены результаты соударения ударников В1 и В4 (сердечник из сплава ВНЖ) с преградами из высокопрочной стали толщиной 4 и 8 мм. Видно, что оба ударника перфорируют только 4 мм преграду. Что касается 8 мм преграды, то В застревает в ней, едва проколов, а В4, хотя и сформировал пробку, но не смог её вы бить.

На рис. 13 представлены текущие конфигурации взаимодействия ударников В1 и В4, в которых сердечник изготовлен из свинца, с 4 мм преградой из стали Ст3. Пер форации преград нет, однако по центру удара наблюдается разрушение в виде не большого отверстия, несколько большим в случае В4, чем в В1. Необходимо также отметить значительную радиальную деформацию свинцовых сердечников в обоих случаях.

В табл. 2 приведены расчетные запреградные скорости сердечников В1 и В4, из готовленных из различных материалов после их соударения с 4 мм стальной (Ст3) преградой. Далее исследовалось пробивное действие разрезных ударников. Сердеч ники ударников В2 и В4 разрезаются по линии сопряжения оживальной ГЧ с цилинд рической частью надвое. Передняя часть сердечника, подталкиваемая задней частью, пробивает преграду в том же режиме, что и неразрезанный сердечник, а предполагае мый эффект от разрезания состоит в том, что передний фрагмент несколько меньшего диаметра, поэтому испытывает меньшее сопротивление внедрению. Кроме того, за щемление, вызванное упругой разгрузкой, и трение о преграду принимает на себя Таблица 2 - Запреградные скорости сердечников В1 и В4, изготовленных из раз личных материалов (4 мм стальная преграда).

Материал Запреградная скорость сердечника (м/сек) сердечника Pb Ст10 У10А Au ВНЖ U Тип В1 0- 124 167 163 233 уд-ка В4 0- 143 182 197 249 задняя часть, не осложняя движение лидирующего фрагмента. Подбирая материал носового фрагмента (пробойника) и заднего фрагмента (толкателя) с различными физико-механическими характеристиками, можно добиться нужных свойств ударника в целом, а также снизить его стоимость, применяя дешевые материалы для изготовле ния толкателя.

Таблица 3 - Запреградные скорости ударников В2 и В4, снаряженные сплошным и разрезным сердечниками (4 мм стальная преграда).

Запреградная скорость (м/с) Ударник сплошной разрезной В2 186 В4 188 На рис. 14, 15 изображены текущие конфигурации при соударении разрезного вариан та ударника В2 и В4 с 4 мм стальной преградой. В табл. 3 приведены запреградные скорости ударников В2 и В4, снаряженные сплошным и разрезным сердечниками после пробития 4 мм стальной преграды. Разница между соответствующими таблич ными данными составляют для В2 – 11, а для В4 – 24 м/с.

Запреградная скорость у пробойников разрезных сердечников выше, чем у нераз резных, однако необходимо помнить, что масса фрагментов значительно меньше мас сы сердечника в целом.

Так, масса пробойника сердечника В2 – 3.85 г, В4 – 2.5 г, масса сердечника в це лом 9.9 г, поэтому кинетическая энергия первых фрагментов сравнительно невелика.

Кроме этого, вследствие небольших размеров, у пробойников уменьшается продоль ная устойчивость и в реальной ситуации они могут сместиться или повернутся боком в процессе внедрения. Такой вариант событий вполне может уменьшить пробивную способность ударника в целом.

Далее исследовалось поведение оболочки ударника при её соударении с прегра дой. Расчеты проводились для удара оболочки применяемой в ударнике В1 без ру башки и для оболочки снаряженной свинцовой рубашкой по дюралевой и стальной пластинам толщиною 4 мм (рис. 16, 17). Начальная скорость соударения 290 м/с.

На рисунках видно, что преграда получает незначительные повреждения на лице 150 мкс 150 мкс Рис. 16 - Об-ка-Д16 (4 мм) Рис. 17 - Об+Руб -Д16 (4 мм) 95 мкс 55 1 2 Рис. 19 - 1–3 - Д16 (8 мм) Рис. Lk = 1.53 см Lk = 0.82 см 80 мкс 50 мкс Lk= 5.1 мм 3.5 мм 3.8 мм Рис. 20 - В1,В4 -Д16 Рис. 21 - 1–3 -Д вой стороне, деформированная боковая часть оболочки приобретает характерный «виньеточный» профиль, на сгибах оболочка разрушается.

Далее исследовалось влияние формы головной части ударника на его пробивное действие, которое, в частности, зависит от скоростных, прочностных и инерционных параметров соударяющихся тел.

В настоящей работе представлены для рассмотрения ударники, ГЧ которых опи сывается сферическими сегментами положительной и отрицательной кривизны, а также плоская ГЧ. Веса этих ударников, диаметр, параметры материалов, а также скорость взаимодействия те же, что и у сердечников ударников В1–В4, т.е. вес – 9.9 г, диаметр – 7.4 мм, начальная скорость – 290 м/с. Для исключения влияния на процесс пробития боковой поверхности, ударникам придана специальная форма. Все три типа ударников изображены на рис. 18.

На рис. 19 изображены результаты соударения ударников 1, 2 и 3-го типов с 8 мм дюралевой преградой. Визуально можно определить, что диаметр пробки практически соответствует диаметру ударника, её поверхность со стороны ударника повторяет форму ГЧ Во всех случаях пробка приобретает большую, чем у ударника, скорость и отделяется от него. Длительность перфорации дюралевой преграды составила при мерно 53 мкс для ударника первого, 45 мкс для второго и 50 мкс для третьего типов.

В итоговой табл. 4 приведены запреградные скорости ударников после пробития ими дюралевой и стальной преград. Из табл. 4 видно, что запреградная скорость ударника первого типа после перфорации преграды из Д16 меньше остальных запре градных скоростей, а скорости ударников второго и третьего типов выше и почти совпадают.

При пробитии стальных преград соотношения запреградных скоростей меняются.

Наибольшее значение скорости у 1-го ударника, а соотношения скоростей 2-го и 3-го, хотя и сохранились, но их разница увеличилась.

Таблица 4 - Запреградные скорости ударников с различными ГЧ.

Запреградная скорость (м/с) Преграда Д16 (8 мм, 3 кБар) Сталь (4 мм, 3 кБар) 1 178 Тип удар 2 192 ника 3 190 Далее моделировалось глубокое проникание сердечников ударников В1, В4 с це лью исключить влияние тыльной поверхности преград на процесс соударения. В ка честве преграды использовалась плита из дюраля с пределом текучести 0.274 ГПа.

Результаты этого расчета изображены на рис. 20. Можно отметить обширные разрушения, вызванные сдвиговыми деформациями в преграде, перед носовой частью сердечника В4, которые отсутствуют при внедрении сердечника В1. Глубина внедре ния сердечника ударника В1 почти в два раза превышает глубину внедрения сердеч ника В4. Этот факт объясняется тем, что ударник с более обтекаемой ГЧ обладает большей пробивной способностью. Действительно, величина коэффициента формы г.ч. сердечника В1, очевидно, меньше этого параметра В4.

Для более детального анализа процесса соударения рассчитано внедрение удар ников типа 1, 2, 3 в толстую дюралевую плиту. Глубина внедрения ударника первого типа 5.1 мм, второго – 3.5 мм по краю ударника, 2.7 мм по центру и третьего – 3.8 мм.

Соответствующие конфигурации ударников и преграды изображены на рис. 21.

Далее исследовалось влияние начальной скорости соударения и предела текуче сти преграды на пробивное действие ударников.

В начале третьей главы были отмечены превосходящие способности ударника В к поражению определенного класса преград по сравнению с В1 при скорости соуда рения 290 м/с. Объяснением этого факта служит, и это уже отмечалось ранее, различ ный механизм перфорации преграды. Имеется в виду совокупная возможность удар ника и преграды взаимодействовать так, что кинетическая энергия, форма ударника, его жесткость, с одной стороны, и прочность, плотность, толщина преграды, с другой, в зависимости от их сочетания, реализуют механизм разрушения по типу пробки или прокола или их сочетания в разных пропорциях. Конкретный набор вышеперечислен ных параметров составляет необходимую часть начальных условий соударения. По скольку число параметров существенно влияющих на ударное взаимодействие значи тельно, автор ограничился рассмотрением двух из них. Во-первых, варьировалась начальная скорость соударения, во-вторых, динамический предел текучести материа ла преграды.

На рис. 22 представлены конфигурации, иллюстрирующие соударение ударника В1 (рис. 22а) и В4 (рис. 22б) с 8 мм дюралевой преградой с различными начальными скоростями. На рисунке видно, как изменяется характер перфорации преграды в зави симости от начальной скорости ударника. Например, оболочка ударника при скорости 320 м/с, разрушаясь в носовой части, незначительно деформируется и полностью снимается с сердечника. В дальнейшем, с увеличением начальной скорости, оболочка и рубашка, не снимаясь с сердечника, проникают за преграду.

Были также проведены численные расчеты соударения с различными начальными скоростями ударников В1 и В4 с 4 мм дюралевой плитой и стальными плитами тол щиной 4 и 8 мм. Графики относительных запреградных скоростей сердечников этих ударников в зависимости от начальных скоростей приведены на рис. 24а – 24г.

На этих графиках хорошо видна точка инверсии пробивного действия В1 и В относительно начальной скорости соударения, т.е. для каждого рассмотренного типа преграды существует начальная скорость соударяющихся с ней ударников В1 и В4, при которой оба ударника имеют равное пробивное действие, выраженное в их рав ных запреградных скоростях. Влево от этой точки выше запреградная скорость В4, вправо – В1. Так, для 4 мм дюралевой преграды точка инверсии имеет место при на чальной скорости ударников равной 920 м/с, для 8 мм –430 м/с. Для стальной 4 мм преграды т. инверсии равна 350 м/с.

Существование точки инверсии легко объяснимо, если рассматривать ударное разрушение материала как результат действия сил прочностного и инерционного со противления внедрению ударника. Эти силы в разной степени зависят от скорости соударения. Поэтому соотношение пробивных способностей ударника при разных скоростях будет различным, смещаясь либо в область преобладания влияния прочно стных, либо инерционных свойств материала.

Для доказательства существования точки инверсии при изменении прочности ма териала преграды были проведены численные расчеты соударения сердечника В1 и В4 со стальной 4 мм плитой. В этих расчетах, при фиксированной скорости 290 м/с, варьировался предел текучести стали от 0.1 до 0.7ГПа. Результаты расчета, в виде а) V0 = 290 м/с 450 м/с 600 м/с 750 м/с 900 м/с 1050 м/с t = 320 мкс 150 мкс 117 мкс 80 мкс 70 мкс 47 мкс б) V0 = 290 м/с 450 м/с 600 м/с 750 м/с 900 м/с 1050 м/с t = 200 мкс 130 мкс 95 мкс 80 мкс 60 мкс 45 мкс Рис. 1 – свинцовая часть, А1 А2 А 2 – стальной сердечник, 3 – стальная оболочка, 1 Рисунок 23 – Типы ударников (для четвертой главы) А4 А5 А 1, 1,0 B1, B4-Д16(8 мм) B1,B4-Д16(4 мм) 0,95 0, 0,90 0, В 0, Vзапр. /V 0, B Vз /V 0,80 0, 0,75 0, В 0, 0, B 0, 0, 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 200 400 600 800 1000 V0, м/с V0, м/с а) б) 1,00 1, B1,B4-Ст3(4 мм) B1,B4-Ст3(8 мм) B1 B 0, 0, 0,90 B B 0, 0, 0, Vзапр. /V Vз /V 0, 0, 0, 0, 0, 0,60 0, 0, 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 V0, м/с V0, м/с в) г) 0,9 Сердечники В1,В4-Ст(4 мм) V0=290 м/с 0, 0, Vзапр./V В 0, 0, В 0, 1 2 3 4 5 6 Предел текучести Sd, ГПа* д) Рисунок зависимости относительной запреградной скорости от предела текучести стали, при ведены на рис. 24д, из которого следует, что предположение о существование точки инверсии пробивных способностей ударников В1, В4, при изменение прочности ма териала преграды, имеет место.

В четвертой главе представлены результаты численного моделирования взаимо действия ударников с преградами, с целью выявления и прогнозирования их пора жающих способностей, а также возможного проектирования пуль с заранее заданны ми характеристиками. Прототипами рассматриваемых ударников А1-А6 (рис. 23) являются 9 мм пули пистолетных (револьверных) патронов, массы которых лежат в диапазоне от 3.5 до 10.2 г, начальные скорости от 300 до 470 м/с, а также пистолетные резиновые пули травматического действия.

На рис. 25 изображены конфигурации соударения А1-А6 с 10 мм дюралевой пре градой, на которых хорошо виден преимущественно пробивной характер взаимодей ствия с преградой ударников А2 и А6 и ярко выраженный экспансивный - ударников А4 и А5, которые не смогли перфорировать преграду.

На рис. 26 изображены конфигурации соударения А1-А6 с 4 мм стальной прегра дой. В целом характер перфорации тот же, что и при соударении с дюралевой прегра дой.

На рис. 27 представлены изображения ударников всех типов при внедрении в толстую дюралевую плиту. При внедрении всех ударников их оболочки разрушаются, пластичные свинцовые сердечники сильно деформируются, а свинцовая рубашка раз ламывается на тыльной стороне стального сердечника.

На графиках рис. 28 и 29 изображены относительные скорости соударения всех типов ударников с 4 мм (V0=470 м/с) стальной и 4 мм (V0=300 м/с) дюралевыми преградами соответственно. По этим графикам (и таблице 6) можно проследить различие во взаи модействии с преградами ударников разных типов и оценить их пробивные и экспан сивные возможности. Так, наибольшим экспансивным эффектом, выражающимся в данном случае, в наименьшей запреградной скорости обладают А5 затем А4. Наи большие пробивные возможности у А6, затем у А2. Пробивные и экспансивные каче ства других ударников располагаются в интервале между аналогичными качествами выше отмеченных пуль.

В сводной таблице 6, в последнем столбце, приведены данные о глубинах и диа метрах кратеров, образованных ударниками при внедрении в толстую дюралевую плиту. Из таблицы видно, что глубже других внедряются сердечники ударников А2 и А6, соответственно они образуют кратера наименьших диаметров. Остальные удар ники образуют кратера, примерно, одинаковых диаметров и глубин.

В последнее время для целей охраны общественного правопорядка и личной са мообороны получило распространение травматическое оружие с использованием ре зиновых пуль. Это в основном и определяет актуальность исследований поведения резины при ударе.

На рис. 30 приведены результаты расчета удара резинового ударника сфериче ской формы диаметром d = 10 мм, весом 0.75 г по медной пластине толщиной h = 0, мм с начальной скоростью V0 = 270 м/с. На рис. 31а – хронограмма относительного изменения радиуса ударника, на рис. 31б - относительной скорости движения его крайней радиальной точки. На этих графиках фиксируется время достижения пиково го значения скорости. Хорошо видно, что период времени между этими значениями А1 А2 А3 А4 А5 А 0 мкс 30 мкс 100 мкс 130 150 мкс 130 мкс 100 мкс 100 мкс Рисунок 25 - А1-А6-Д16 (10 мм), V0 = 470 м/с.

100 мкс Рисунок 26 - А1-А6-Ст (4 мм), V0 = 470 м/с.

40 мкс Рисунок 27 - А1-А6-Д16, V0 = 470 м/с.

Таблица 6 - Сводная таблица характеристик ударников А1 – А6 и результа тов их соударений с преградами.

Глубина Вес сердечника, (г) кратера Запреградная скорость (м/с) (мм) Вес уд-ка, (г) Диаметр Vзап/V Тип кратера (мм) уд-ка V0 =300 V0 = V0 = 470 (м/с) (м/с) (м/с) Д16 Д16 Ст Д16 Д (10 мм) (4 мм) (4 мм) (4 мм) (40 мм) 117 365 131 87 1 5,6 7. 0,25 0.78 0.28 0.29 6. 119 382 227 186 2 2,5 7. 0,25 0.81 0.48 0.62 67 375 103 110 6. 3 5,8 7. 0,14 0.8 0.22 0.37 17 376 129 68 5. 4 5,6 7. 0,04 0.8 0.27 0.23 6. 0 373 133 22 5. 5 5,6 7. 0 0.79 0.28 0.07 233 419 210 239 6 1,1 7. 0,5 0.89 0.45 0.8 1. 0.8 0. V/V 0. 0. сводка(1-6)_ 0. 0 50 100 150 200 250 300 Т,мкс Рисунок 28 Рисунок резина резина сталь парафин 0 мкс 0 мкс 0 мкс 30 мкс 18 мкс 12 мкс 40 мкс Рисунок 36 мкс 85 мкс Рисунок 32 Рисунок 0.1 3 0.1 0.0 dr/r0% 0.0 P,ГПа а) 0.0 0.0 - 0.0 - а) -0.0 -3 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 100 120 140 р е з.+ с т - р е з.+ п а р.

Т,м к с р е з.ш.- м.п л а с т Т,м к с 0.1 0,3 (184уз)рез.шар d=1 см-мед.пласт.h=0,55 мм V0=270 м/с 0.0 0, 0.0 Р, ГПа 0, Vr/V 0.0 б) 0, 0.0 62, -0, 44, 0.0 26, -0, б) 8,002 - 0.0 0 10 20 30 0 20 40 60 80 р е з.ш.- р е з.+ п а р.

Т, м кс Т, мкс Рисунок 31 Рисунок стабилен и равен, примерно, 18 мкс. Расчетная глубина вмятины в медной пластине составила 9.6 мм, а экспериментальная – 9 мм.

На рис. 32 представлены результаты расчета соударения резинового ударника в форме шара со слоистой преградой, состоящей из резины толщиной 1,5 мм, лежащей на парафиновой подложке, на рис. 34б – хронограмма давления в парафине в точке на расстоянии 1 мм от контактной поверхности и расположенной на оси соударения.

Глубина вмятины в парафине составила 6 мм.

На рис. 33 представлены результаты соударения ударника в виде стального шара в резиновой оболочке со слоистой преградой. Диаметр стального шара 6 мм, диаметр ударника 10 мм, вес пули 1.5 г, начальная скорость 270 м/с. На рис. 34а – хронограм ма давления в парафине в точке на расстоянии 1 мм от контактной поверхности и расположенной на оси соударения Глубина вмятины в парафине составила 10 мм.

Сравнивая соударения резинового шара и стального шара в резиновой оболочке можно сделать вывод, что двукратная разница в массах пуль двух последних рассмот ренных случаев предопределяет расхождение в конечных результатах, а именно, глу бину проникания пули и давление за контактной поверхностью.

В пятой главе решается задача нагружения стальных преград ударниками, на полненными имитаторами взрывчатых веществ (ВВ).

Для решения поставленной задачи рассматриваются механизмы и закономерности процесса возбуждения детонации ВВ, определяются характеристики чувствительно сти и их количественное описание, анализируются критерии чувствительности ВВ к ударноволновому нагружению, а также обосновывается выбор критерия детонации.

С учетом вышеизложенного проведены расчеты соударения наполненного ци линдрического ударника (рис. 41а) и ударника с оживальной ГЧ (рис. 41б) со сталь ными преградами толщиной 35 и 41 мм. В качестве наполнителя используется смесь, состоящая из пяти компонентов: цемент – 15%, природный песок – 62%, опилки дре весные – 6%, воды – 11%, стекло жидкое – 6%. Плотность такой смеси 1.71 г/см3, ди намический предел текучести в пределах 0.01–0.05 ГПа. Суммарный вес снаряженно го ударника 235.3 кг.

наполнитель а) б) Рисунок Замена ВВ имитирующим его физико-механические свойства наполнителем вы звана необходимостью описания и прогнозирования результатов той части стендовых испытаний, в которой исследуются не только вероятность самодетонации, но и пара метры соударения ударников с преградами до момента детонации. К таким парамет 0 мкс 400 мкс 1560 мкс 1, 0,12 L/L 1, дно наполнитель 0, 1, 0,08 0, оболочка 0, 0, Vz/V 0, 0, 0, нос 0,02 0, цил(300-35) 0, Т, мкс 0,00 Т, мкс наполнит.цилиндр(300-35) 0, 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 а) б) 1, 1, 20 мкс дно 30 мкс 1, 50 мкс 1, 0, 0, 0, Р, ГПа 0, Vz/V 0, 0, 0, 0, 10 мкс нос 0, 0, 0, 0, Т, мкс цилиндр оболочка цилиндра(300-35) 0, 0 5 10 15 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 в) г) Z, см Рисунок рам, в частности, относится укорочение ударника, его пробивная способность, давле ние и массовая скорость в наполнителе. На рис. 36 представлены графические резуль таты расчета взаимодействия цилиндрического ударника с наполнителем со стальной, 35 мм преградой. Предел текучести стальной оболочки ударника 0.6ГПа, стальной преграды 0.8ГПа. Начальная скорость соударения 300 м/с. Расчет прекращен через 1.56 мс после столкновения.

Преграда разрушается в месте среза пробки, вызванной сдвиговыми напряжения ми. Оболочка ударника и наполнитель не разрушаются. Максимальное значение ра диуса ударника в процессе соударения составило 216 мм, т.е. он увеличился на 27% от первоначального размера.

На рис. 36а изображен график относительного укорочения длины оболочки (на 9.3%) и наполнителя (11%) цилиндрического ударника во времени.

На рис. 36б изображен график относительной осевой скорости носовой и тыльной частей наполнителя цилиндрического ударника. Осцилляции скорости обусловлены волновым характером деформирования и разрушения преграды, и наиболее заметны в носовой части. На рис. 36г изображен график относительной осевой скорости носовой и тыльной частей оболочки цилиндрического ударника. В отличие от донной части наполнителя донная часть оболочки теряет скорость в большей степени. Вследствие этого в момент времени 1.56 мс между этими частями оболочки и наполнителя обра зуется зазор величиной 31 мм. На рис. 36в изображены кривые давления по оси на полнителя в моменты времени 10, 20, 30 и 50 мкс. Максимальное давление равно 1.1ГПа. Критерий детонации при таком давлении выполняется только для высокочув ствительного наполнителя в момент 8.2 мкс.

На рис. 37 показана эволюция давления (а) и эквивалентной пластической дефор мации (б) в наполнителе цилиндрического ударника в процессе соударения. В момент времени 10 мкс в преграде и оболочке ударника зафиксировано максимальное давле ние 4.6ГПа (на рисунке показаны изолинии 4ГПа). В момент времени 20 мкс в носо вой части оболочки начинается разгрузка (изолиния –0.1ГПа).

Пластические деформации в начале процесса концентрируются в углах цилинд рического наполнителя (рис. 37б), распространяясь впоследствии к оси ударника.

Максимальное значение эквивалентной пластической деформации, зафиксированное за 1.56 мс процесса, равнялось 0.89.

На рис. 37 изображены временные развертки давления (37в) и массовой скорости (37г) в носовой части наполнителя.

В предположении влияния прочностных свойств наполнителя на пробивные спо собности ударника, проведены расчеты соударения наполненного цилиндра с 35 мм стальной преградой при различных значениях динамического предела текучести на полнителя. Расчет проводился при трех значениях динамического предела текучести наполнителя: 0.05, 0.025 и 0.01Гпа. Результаты этих расчетов приведены в табл 9.

Снижение пробивной способности ударника с уменьшением прочности наполнителя можно объяснить увеличением радиальной деформацией ударника в целом.

На рисунке 38 представлены графические результаты расчета взаимодействия на полненного ударника с оживальной головной частью со стальной, 70 мм преградой.

Начальная скорость соударения 270 м/с. Суммарный вес снаряженного ударника 445.2 кг.

10 мкс 100 мкс 20 мкс 350 мкс 50 мкс 1,5 мс а) б) 1,2 Р, ГПа 1, 17, (Vz - V0)/V Рмах(t=17.1мкс)=1.1ГПа 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,2 цилиндр (300-35) относительная массов.скор.носовой части наполн.

Т, мкс 0,0 Т, мкс 0,0 давл.нос наполн.цилиндр(300-35) в) г) 0 50 100 150 200 250 300 0 20 40 60 80 Рисунок 0 мкс 1.8 мс 3.6 мс 0, L/L а) 1, наполнитель б) 0, 0, дно 0,12 0, Vz/V оболочка 0, 0, 0, 0,04 нос 0, оживало(270-70) Т, мкс 0,4 оживало, обол(270-70) 0, 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 2000 4000 6000 Т, мкс 1,0 оживало, наполн(270-70) в) 0, дно 0, Vz/V 0, нос 0, 0, Рисунок 0 2000 4000 Т, мкс Таблица 7 – Параметры взаимодействия цилиндрического ударника со стальными преградами V0 ( м / с ) / Z p ( мм ) 300/41 300/35 600/35 900/ O Pmax, ГПа 4.9 4.9 10.3 16. H P 1.1 1.1 2.8 4., ГПа max Т в, мкс 8.2 8.2 6.7 6. Т н, мкс ----- 13.7 12. Vзапр, м/с 106 222 518 Lmax 0.097 0.065 0.14 0. Tp, мкс 419 395 232 Таблица 8 – Параметры взаимодействия ударника с оживальной ГЧ со стальными преградами V0 ( м / с ) / Z p ( мм ) 270/70 270/76 600/76 900/ O P 4.5 4.5 10.3 16., ГПа max H Pmax, ГПа 0.84 0.84 2.3 3. Т в, мкс 17.0 17.0 13.0 12. Т н, мкс ----- ----- 13.7 12. Vзапр, м/с 145 70 407 Lmax 0.07 0.143 0.26 0. Tp, мкс 1800 2060 480 Преграда начинает интенсивно разрушаться после 1.8 мс, максимальное значение радиуса ударника в процессе соударения составило 245 мм, т.е. он увеличился на 0.15% от первоначального размера.

На рис. 38а изображен график относительного укорочения длины оболочки и на полнителя оживального ударника во времени. Видно, что укорочение оболочки со ставляет 12.7%, наполнителя 15%.

На рис. 38 представлены кривые изменения массовой скорости носовой и донной частей оболочки (рис. 38б) и наполнителя (рис 38в) оживального ударника. На этих графиках видно, что и носовая, и донная части оболочки и наполнителя асимптотиче ски стремятся к одной скорости – 0.54V0 (145 м/с), которую можно считать запреград ной скоростью ударника. Критерий самодетонации выполняется только для высоко чувствительного ВВ в 17 мкс.

В целях сравнительного анализа параметров ударного взаимодействия наполнен ных ударников с преградой при различных начальных скоростях просчитаны соуда рения с V0, равной 600 и 900 м/с. Параметры взаимодействия приведены для цилинд рического ударника в табл. 7, для ударника с оживальной ГЧ в табл. 8.

Таблица 9 – Параметры взаимодействия цилиндрического ударника (наполнители разной прочности) со стальной преградой TH, ГПа 0.01 0.025 0. Dmax 0.365 0.265 0. Н Lmax 0.171 0.108 0. Lmax 0.120 0.065 0. Tp, мкс 420 395 Vзапр, м/с 214 222 Где O Pmax - максимальное давление в оболочке;

H Pmax - максимальное давление в наполнителе;

Т в - время самодетонации высокочувствительного ВВ;

Т н - время самодетонации низкочувствительного ВВ;

Vзапр - запреградная скорость;

Lmax - относительное укорочение ударника;

Н Lmax - относительное укорочение наполнителя;

Dmax - относительное расширение ударника;

Tp - стартовое время разрушения преграды;

TH - динамический предел текучести наполнителя;

V0 - начальная скорость ударника;

Z p - толщина преграды.

Основные результаты и выводы Проведенные в диссертационной работе исследования процессов высокоскорост ного деформирования и разрушения неоднородных комбинированных ударников при пробитии преград позволили сделать следующие выводы:

1. Для описания поведения сжимаемого, пористого, упругопластического мате риала при высокоскоростной деформации и разрушении предложена расчетно математическая модель, учитывающая в явном виде отрывные и сдвиговые разруше ния. Разработанная методика позволяет решать многоконтактные задачи ударного и взрывного нагружения, в том числе глубокого внедрения ударников и сквозного про бития преград с учетом фрагментарного разрушения материала. В методике заложена возможность использования различных уравнений состояния (Уолша, Жукова) для широкого круга конструкционных материалов.

2. На языке программирования С++ для плоской и осевой симметрии в двумерной постановке создан программный комплекс позволяющий:

- осуществлять в интерактивном режиме подготовку начальных данных и расчет в консольном режиме;

- проводить графическую и табличную обработку полученных результатов, а также мониторинг параметров среды в любые моменты времени.

3. Сравнение результатов расчетов с полученными экспериментальными данны ми и с данными других авторов, а также результаты решения тестовых задач свиде тельствует о перспективности и возможности применения разработанной методики компьютерного моделирования для исследования процессов ударного взаимодействия тел.

4. Численным моделированием установлено, что при дозвуковой скорости взаи модействия, за счет изменения компоновки и формы ударника (9-ти мм винто вочной пули) можно существенно, в некоторых случаях до 80%, увеличить его про бивное действие. Кроме того, спрогнозированы результаты взаимодействия рассмот ренных ударников с преградами из различных конструкционных материалов (Ст.3, Д16, ВПС, Ti, Pb), а также выявлено влияние материалов сердечников (У10А, Ст.10, ВНЖ, U, Au, Pb) на их пробивное действие.

Самым эффективным при пробитии 4-х мм стальных преград оказался ударник с затупленной ГЧ с сердечником из урана. Незначительно (на 1,6%) отстает от него ударник с сердечником из ВНЖ.

Установлено, что совместно с сердечником, оболочка и рубашка ударника влия ют на его пробивное действие, хотя разрушения преграды, вызванные действием од ной оболочкой, незначительны.

Получено, что ударник с разрезным сердечником имеет большую запреградную скорость при пробитии преград, чем ударник со сплошным сердечником.

Проведенные расчеты позволили утверждать, что влияние формы ГЧ ударника на его пробивное действие относительно тонких преград неоднозначно и должно рас сматриваться в совокупности с параметрами процесса и физико-механическими ха рактеристиками преграды. Однако, для глубокого проникания вывод однозначен:

ударник с рациональной аэродинамической головной частью обладает большей про никающей способностью.

Расчетным путем доказано существование точки инверсии пробивного действия ударников с оживальной ГЧ и затупленной ГЧ при изменении начальной скорости взаимодействия и предела текучести материала преграды. Получены числовые значе ния точек инверсии для различных толщин преград.

5. Проведенные численные исследования позволили дать сравнительную оценку пробивного и останавливающего действия осесимметричных оболочечных ударников различной компоновки и, кроме того, показали возможность применения и перспек тивность программного комплекса в решении задач сквозного пробития преград не однородными ударниками.

Получено, что для дозвуковой скорости соударения наибольшим пробивным дей ствием обладает ударник А6. Наибольшим остановочным действием обладает удар ник А5. Показано, что путем изменения компоновки и формы ударника можно до биться увеличения его пробивного действия.

Для сверхзвуковой скорости соударения установлено, что наибольшим пробив ным действием обладает ударник А6. Наибольшим остановочным действием для тол стых преград обладает ударник А5, для тонких – ударник со свинцовым наполнителем с закругленной ГЧ и плоской ГЧ. Расчеты показали, что для рассмотренной начальной скорости изменение компоновки и формы ударника может привести к увеличению его пробивного действия, для некоторых типов преград, более чем в 2 раза.

Для полубесконечных преград из алюминиевого сплава Д16 самым эффективным по глубине внедрения оказался ударник с грибовидным стальным сердечником.

Меньше других внедрился ударник со свинцовым наполнителем с конической выем кой покрытой оболочкой (А4).

При моделировании процесса взаимодействия резиновых ударников с тонкими преградами обнаружено наличие затухающих гармонических колебаний линейных размеров ударников.

6. На результатах расчетов напряженно-деформированного состояния контейнер ных ударников с плоской и оживальной головными частями, показана возможность применения разработанной методики к решению задач о пробитии преград крупнога баритными ударниками, наполненными ВВ или слабопрочным наполнителем.

В диапазоне скоростей взаимодействия от 270 до 900 м/с для рассмотренных ударников и преград получены конкретные значения запреградных скоростей, време ни начала инициирования детонации заряда ВВ, деформации и времени начала раз рушения преград. Причем при скорости взаимодействия выше скорости звука в воз духе в преградах имело место отрывное разрушение, а оболочка цилиндрического ударника разрушалась в месте ее максимального расширения.

Установлено, что увеличение предела текучести наполнителя приводит к умень шению деформации ударника, времени начала инициирования детонации заряда ВВ, а запреградная скорость ударника при этом растет примерно по линейному закону. При изменении толщины преграды в пределах 20% время начала инициирования ВВ прак тически не меняется.

7. Разработанные средства математического моделирования и полученные результаты могут быть полезны как для выявления основных закономерностей и механизмов процессов пробития преград неоднородными комбинированными ударниками, так и при выработке практических рекомендаций по поиску путей повышения эффективно сти действия перспективных ударников. Полученные расчетные зависимости можно, совместно с экспериментальными данными, использовать для построения аппрокси мационных формул или приближенных инженерных моделей, что представляет цен ность при проведении опытно-конструкторских работ.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Глазырин В.П., Орлов Ю.Н, Скутин А.А. Моделирование нагружения слоистых конст рукций// Изд-во СО АН СССР, ИТПМ, г. Новосибирск, Матер. конф. по числ. метод. решения задач, 1995.

2. Глазырин В.П., Дульнев А.И., Ольшанская Г.Г., Орлов Ю.Н., Уданое взаимодействие не однородного осесимметричного ударника с преградой, Изд-во ЦНИИ им. А.Н.Крылова, Мате риалы межд. конф. по судостроению. г. С.-Петербург, 1994.

3. Глазырин В.П., Орлов Ю.Н., Метод расчета ударного взаимодействия твердых тел., Изд во РФЯЦ - ВНИИЭФ. Сб. докл. конф. Волжского рег. центра РАРАН «Совр-е методы проект-я и отработки ракет. арт-го воор- ния», Саров,2000 г.

4. Глазырин В.П., Ольшанская Г.Г., Орлов Ю.Н., Моделирование процесса пробития пре град комбинированными ударниками, Вычислительные технологии Т.7., Ч.2, 2002 г., Изд-во СО РАН, С. 144- 5. Глазырин В.П., Орлов Ю.Н., Орлов М.Ю, Моделирование ударного нагружения неодно родных пластин, Вычислительные технологии Т.7., Ч.2, 2002г., Изд-во СО РАН, С. 154- 6. Глазырин В.П., Орлов Ю.Н., Орлов М.Ю. Моделирование поведения резины при ударе.

Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: Доклады конференции. – Томск: Изд-во ТГУ, 2006, с. 253-254.

7. Глазырин В.П., Зайцев М.В., Ольшанская Г.Г., Орлов Ю.Н Численное моделирование взаимодействие ударников с контейнерами, содержащими экологически опасные вещества// Изд во ТГУ. Материалы межд. конф. Сопряженные задачи механики и экологии. 8. Глазырин В.П., Орлов М.Ю., Орлов Ю.Н. Моделирование откола в пластинах с неодно родностями// Изд-во Томского ун-та. Сб. статей под ред. И.Б.Богоряда. Иссл-ния по баллистике и смежным вопросам механики Вып.4, 9. Глазырин В.П., Орлов М.Ю., Орлов Ю.Н. Моделирование ударного нагружения неодно родных пластин// Вычислительные технологии Т.7., Ч.2, 2002г., Изд-во СО РАН,С. 154-162.

10. Глазырин В.П., Орлов М.Ю., Орлов Ю.Н. Моделирование ударного нагружения неодно родных преград// Изд-во Томск. ун-та.В сб. Фунд-ные и прикл-ные проблемы совр-ой механики, 2002г, С. 148 – 11. Глазырин В.П., Орлов М.Ю., Орлов Ю.Н. Анализ импульсного нагружения скрепленных преград// Изд-во Томск. ун-та.В сб. Фунд-ные и прикл-ные проблемы совр-ой механики, 2002г, С. 150-151.

12. Глазырин В.П., Орлов М.Ю., Орлов Ю.Н Анализ взаимодействия компактных ударни ков со скрепленными преградами// Изд-во РФЯЦ - ВНИИЭФ. Сб. докл. конф. Волжского рег.

центра РАРАН «Совр-е методы проект-я и отработки рак. арт-го воор-ния» Саров, 2004г, С.

538-543.

13. Глазырин В.П., Орлов Ю.Н Моделирование процесса разрушения льда при ударе и взрыве// Изд-во РФЯЦ - ВНИИЭФ. Сб. докл. конф. Волжского рег. центра РАРАН «Совр-е мето ды проект-я и отработки рак. арт-го воор-ния» Саров, 2004г, С. 543-547.

14. Глазырин В.П., Орлов М.Ю., Орлов Ю.Н. Исследование взаимодействия комбинирован ных ударников с преградами// Химическая физика и мезоскопия, 2005.– Т.7, –№ 3, С. 251-258.

15. V.P. Glazyrin, M. Yu. Orlov, Yu. N. Orlov Investigation of destruction of functional gradient barrier at shock wave loading// AIP conference proceеding Zababakhin scientific talks – 2005: Interna tional conferences on high energy density physics, Sneginsk (Russia), 5-10 september 2005, Vol. 849, August 3, 2006, pp. 421-426.

16. Глазырин В.П., Орлов М.Ю., Орлов Ю.Н. Моделирование поведения резины при ударе// Труды международной конференции «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании», Павлодар, 2006, - Т.1, - С. 316-318.