М. Ю. ОРЛОВ, А. Ю. ОРЛОВ1
Научный руководитель – В. П. ГЛАЗЫРИН, к. ф.-м. н.
1Томский государственный университет,
Научно-исследовательский институт прикладной механики
и математики при ТГУ, Томск
РАСЧЕТ НАГРУЖЕНИЯ НЕОДНОРОДНОЙ СТАЛЬНОЙ ПРЕГРАДЫ
Разработка ударостойких защит на сегодняшний день является чрезвычайно трудоемкой процедурой, и зачастую просто невозможной без проведения предварительного расчета их напряженно-деформированного и термодинамического состояния в широком диапазоне начальных условий нагружения. Предпочтения в выборе материала будущих конструкций могут отдаваться различным металлам и сплавам, среди которых сталь занимает далеко не последнее место. Физико-механические характеристики этого материала являются уникальными в своем роде, что подтверждается длительным и успешным использованием стали в качестве конструкционного материала.
 |
В работе рассмотрено влияние неоднородностей в пластине на процесс ее разрушения. В качестве объекта исследования брались однородные и неоднородные пластины бесконечной длины из стали толщиной 10 мм и шириной 40 мм. Неоднородные пластины представляют из себя матрицу и включения, схема расположения и форма и которых показана на рис.1. Прямоугольные в сечении включения размерами (1,7×2,0) мм как бы армируют часть преграды в шахматном порядке от тыльной стороны ее поверхности вглубь в четыре ряда.
Рис. 1.
Рассматривались инородные включения с начальными плотностями от 0,91 до 17,0 г/см3. В ходе расчетов отслеживалось время и место зарождения, а также дальнейшее развитие зон разрушения в материале матрицы и включений. Кроме этого, регистрировался профиль скорости тыльной свободной поверхности каждого образца, форма которого сопоставлялась с формой профиля, полученного при расчете однородного образца.
Серия вычислительных экспериментов проведена для двумерного случая плоской симметрии при помощи методики компьютерного моделирования изложенной в [1,2]. Расчетная область разбивалась «конвертом» на 8000 треугольных элементов. Нумерация рядов включений проведена сверху вниз. Нагружение образцов осуществлялось плоской ударной волной с амплитудой 175 м/с, а время ее действия задавалось равным 1,2 мкс.
Вначале были проанализированы результаты расчетов однородной стальной преграды. Было установлено, что развитие разрушений в данном образце соответствовало общепринятым представлениям об образование откола. Первые очаги разрушений появлялись вследствие действия растягивающих напряжений на 4-й мкс счета на расстоянии 3,3 мм от тыльной свободной поверхности. Далее они росли, локализовываясь на одной плоскости, и к 12 мкс картина разрушения полностью формировалась в виде откольной тарелочки. По форме рассчитанного профиля скорости тыльной поверхности выявлено, что амплитуда ударной волны при ее выходе на тыльную поверхность была понижена действием догоняющей волны разгрузки с 350 м/с до 311 м/с.
Наибольший объем разрушений зафиксирован в пластине с парафиновыми включениями. В этом случае профиль скорости поверхности не регистрировался. Расчетным путем установлено, что картина разрушений в образце с алюминиевыми включениями на 12 мкс качественно воспроизводила особенности варианта с медными включениями. В процессе счета происходило разрушение, как материала матрицы, так и материала включений. Наименьший объем разрушений был получен в образце с включениями из ВНЖ.
Таким образом картины разрушения рассмотренных образцов могут существенно изменяться в зависимости от вида включений. Путем подбора их материала можно управлять процессом разрушения в целом, увеличивая их объем в материале матрицы и уменьшая в материале включений.
Список литературы
1. , , Орлов ударного нагружения неоднородных пластин // Вычислительные технологии. 2002, Т.7, Ч.2, Спец. Выпуск. С.154-162.
2. Орлов процесса взаимодействия компактного ударника с градиентными преградами // Научная сессия МИФИ-2005. Сб. науч. трудов в 15-ти томах. Т.15. М.: МИФИ, 2005, С. 188-189.
