Динамическое расширение цилиндрической полости в сжимаемой упругопластической среде. Анализ сопротивления среды динамическому прониканию остроконечного ударника

Динамическое расширение цилиндрической полости в сжимаемой упругопластической среде. Анализ сопротивления среды динамическому прониканию остроконечного ударника

Автор: Хасанов А.Р.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 1, 2020 года.

Бесплатный доступ

Приведено решение задачи о динамическом расширении цилиндрической полости в сжимаемой упругопластической среде с учетом конечных деформаций, нелинейной сжимаемости, зависимости предела текучести от давления. Главная цель настоящего исследования - разработка новой инженерной модели проникания остроконечных ударников в диапазоне средних скоростей удара на основе полученных результатов анализа задачи о расширении цилиндрической полости в полупространстве («цилиндрическая» аналогия). На базе аналитического подхода получена модель, определяющая сопротивление среды динамическому расширению полости. Ключевые параметры модели зависят от механических свойств среды, для этих зависимостей предложены аппроксимирующие соотношения на основе обработки механических характеристик ряда материалов (некоторые сплавы и грунты). Для вывода модели динамического проникания использовалось основное допущение А.Я. Сагомоняна о радиальном расширении отверстия: частицы материала преграды движутся в радиальном направлении от поверхности проникающего в преграду ударника. Такое допущение будет оправданным для класса ударников в виде тонких заостренных тел вращения. На базе введенных допущений получена модель сопротивления среды динамическому прониканию тонкого заостренного тела вращения. Новая модель, помимо «стандартных» прочностной и инерционной составляющих, содержит «присоединенную массу», которая меняется в ходе процесса проникания. Проведена верификация новой модели проникания с использованием ряда экспериментальных работ по прониканию ударников различной формы в алюминиевые сплавы. Изучено влияние «присоединенной массы» и инерционных сил сопротивления среды прониканию. Получены условия применимости новой модели: модель проникания предлагается использовать при оценке сопротивления сжимаемой среды прониканию тонкого заостренного тела вращения при скоростях удара 200-800 м/с.

Еще

Расширение цилиндрической полости, упругопластическая среда, нелинейная сжимаемость, прикладная теория проникания, металлы, грунты, модель динамического проникания, модель радиального расширения отверстия, диапазон средних скоростей удара, критерий кулона, тонкий заостренный ударник

Еще

Короткий адрес: https://sciup.org/146281975

IDR: 146281975   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2020.1.10

Список литературы Динамическое расширение цилиндрической полости в сжимаемой упругопластической среде. Анализ сопротивления среды динамическому прониканию остроконечного ударника

  • Аптуков В.Н., Хасанов А.Р. Расширение цилиндриче-ской полости в сжимаемой упругопластической среде // Вест-ник Пермского национального исследовательского политех-нического университета. Механика. – 2017. – № 1. – С. 5–23. DOI: 10.15593/perm.mech/2017.1.01
  • Аптуков В.Н. Расширение сферической полости в упругопластической среде при конечных деформациях. Сообщение 1. Влияние механических характеристик, свободной поверхности, слойности // Проблемы прочности. – 1991. – № 12. – С. 1262–1268.
  • Аптуков В.Н. Расширение сферической полости в упругопластической среде при конечных деформациях. Сообщение 2. Влияние инерционных характеристик. Температурные эффекты // Проблемы прочности. – 1991. – № 12. – С. 1269–1274. 4. Рахматулин Х.А., Сагомонян А.Я., Алексеев H.A. Вопросы динамики грунтов. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1964. – 237 с. 5. Сагомонян А.Я. Проникание. – М.: Изд-во МГУ, 1974. 6. Сагомонян А.Я. Динамика пробивания преград. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988.
  • Bishop R.F., Hill R., Mott N.F. The theory of indentation and hardness tests // Proceedings of the Physics Society. – 1945. – Vol. 57, № 3. – Р. 147–159.
  • Forrestal M.J., Okajima K., Luk V.K. Penetration of 6061-T651 aluminum target with rigid long rods // Journal of Applied Mechanics. – 1988. – Vol. 55(4). – Р. 755–760.
  • Forrestal M.J., Luk V.K., Brar N.S. Perforation of alumi-num armor plates with conical-nose projectiles // Mechanics of Materials. – 1990. – Vol. 10(1–2). – Р. 97–105.
  • Penetration of 7075-T651 aluminum targets with ogival-nose rods / M.J. Forrestal, V.K. Luk, Z. Rosenberg, N.S. Brar // Int. J. of Solids and Structures. – 1992. – Vol. 29(14–15). – Р. 1729–1736.
  • Satapathy S. Application of cavity expansion analysis to penetration problems / The Univ. of Texas at Austin, Inst. Adv. Technol., 1997. Report No. IAT.R-0136.
  • Yu H.S. Cavity Expansion Methods in Geomechanics // Kluwer Acad. Publ., Dordrecht. – 2000.
  • Котов В.Л. Исследование применимости автомодельного решения задачи о расширении сферической полости в сжимаемой среде для определения давления на поверхности контакта «ударник – грунт» // Проблемы прочности и пла-стичности: межвуз. сб. – Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2008. – Вып. 70. – С. 123–131.
  • Анализ приближенных решений задачи о расширении сферической полости в грунтовой среде / В.Л. Котов [и др.] // Проблемы прочности и пластичности: межвуз. сб. – Н. Новго-род, 2011. – Вып. 73. – С. 58–63.
  • Решение задачи о расширении сферической полости в грунтовой среде в предположении несжимаемости за фронтом ударной волны / Е.Ю. Линник [и др.] // Проблемы прочности и пластичности: межвуз. сб. – Н. Новгород, 2012. – Вып. 74. – С. 49–57.
  • Котов В.Л., Линник Е.Ю., Тарасова А.А. Определение параметров квадратичной модели локального взаимодействия при внедрении сферического ударника в мягкий грунт // Про-блемы прочности и пластичности: межвуз. сб. – Н. Новгород, 2013. – Вып. 75(1). – С. 47–55.
  • Котов В.Л., Константинов А.Ю. Численное моделиро-вание плоскопараллельного движения конических ударников в грунтовой среде на основе модели локального взаимодей-ствия // Вычислительная механика сплошных сред. – 2014. – Т. 7, № 3. – С. 225–233. DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.3.22
  • Применение модели локального взаимодействия для определения силы сопротивления внедрению ударников в песчаный грунт / В.Л. Котов [и др.] // Прикладная механика и техническая физика. – 2013. – Т. 54, № 4.– С. 114–125.
  • Линник Е.Ю., Котов В.Л., Константинов А.Ю. Моделирование процессов динамического внедрения простран-ственных тел в сжимаемую упругопластическую среду // Вестник Пермского национального исследовательского поли-технического университета. Механика. – 2017. – № 4. – С. 92–108. DOI: 10.15593/perm.mech/2017.4.07
  • Сравнительный анализ методов моделирования проникания и плоскопараллельного движения конических удар-ников в грунтовой среде / В.Г. Баженов [и др.] // Прикладная механика и техническая физика. – 2015. – Т. 56, № 3. – С. 44–54. DOI: 10.15372/PMTF20150306
  • Баженов В.Г., Котов В.Л., Линник Е.Ю. Методика численного расчета оптимальных форм тел вращения при движении в грунтовой среде // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2015. – № 2. – С. 5–20. DOI: 10.15593/perm.mech/2015.2.01
  • Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Analytical Solution for Penetration by Rigid Conical Impactors Using Cavity Expan-sion Models // Mech. Res. Commun. – 2000. – Vol. 27(2). – Р. 185–189. DOI: 10.1016/S0093-6413(00)00080-X
  • Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Analysis of Ballistic Properties of Layered Targets Using Cavity Expansion Model // Int J. Fract. – 1998. – Vol. 90(4). – Р. 63–67.
  • Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Analytical engineer-ing models of high speed normal impact by hard projectiles on metal shields // Cent. Eur. J. Eng. – 2013. – Vol. 3(3). – Р. 349–373. DOI: 10.2478/s13531-013-0108-7
  • Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Engineering models of high speed penetration into geological shields // Cent. Eur. J. Eng. – 2014. – Vol. 4(1). – Р. 1–19. DOI: 10.2478/s13531-013-0135-4
  • Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. High-Speed Penetra-tion Dynamics // Engineering Models and Methods. – 2013.
  • Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. World Scientific Handbook of Experimental Results on High Speed Penetration into Metals, Concrete and Soils // World Scientific. – 2016. 28. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. – М.: Наука, 1987. – 464 с. 29. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. – М.: Наука, 1969. – 420 с.
  • Витман Ф.Ф., Златин Н.А., Иоффе Б.С. Сопротивление деформированию металлов при скоростях 10–6–102 м/с // Журнал технической физики. – 1949. – Т. XIX, вып. 3. – С. 123–128.
  • Penetration of 6061-T6511 aluminum targets by ogive-nose steel projectiles with striking velocities between 0.5 and 3.0 km/s / A.J. Piekutowski, M.J. Forrestal, K.L. Poormon, T.L. War-ren // Int. J. of Impact Engineering. – 1999. – Vol. 23 (1, part 2). – Р. 723–744. DOI: 10.1016/S0734-743X(99)00117-7
  • Brooks P.N. On the prediction of crater profiles produced in ductile targets by the impact of rigid penetrators at ballistic ve-locities. Rep. DREV R-686/73. Defence Research Establishment Valcartier, Quebec, Canada, 1973.
  • Krafft J.M. Surface Friction in ballistic penetration // J. Appl. Phys. – 1955. – Vol. 26, no. 10. – P. 1248–1253.
  • Yadav S., Chichili D.R., Ramesh K.T. The mechanical re-sponse of a 6061-T6 A1/Al2O3 metal matrix composite at high rates of deformation // Acta Metallurgica et Materialia. – 1995. – Vol. 43(12). – P. 4453–4464. DOI: 10.1016/0956-7151(95)00123-D
  • Banerjee B., Bhawalkar A.S. An extended mechanical threshold stress plasticity model: modeling 6061-T6 aluminum alloy // J. of Mechanics of Materials and Structures. – 2008. – Vol. 3(3). – P. 391–424. DOI: 10.2140/jomms.2008.3.391
  • High strain rate tensile behavior of aluminum alloy 7075 T651 and IS 2062 mild steel / R. Pothnis Jayaram, Y. Perla, H. Arya, N.K. Naik // ASME Journal of Engineering Materials and Technology. – 2011. – Vol. 133(2): 021026. – P. 1–9. DOI: 10.1115/1.4003113
  • Rosenberg Z., Dekel E. Revisiting the perforation of duc-tile plates by sharp-nosed rigid projectiles // Int. J. of Solids and Structures. – 2010. – Vol. 47(22–23). – P. 3022–3033. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2010.07.003
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp