Экспериментальное исследование деформационных характеристик пакетов плетеных металлических сеток при динамическом и квазистатическом нагружении
Автор: Брагов А.М., Жегалов Д.В., Константинов А.Ю., Кочетков А.В., Модин И.А., Савихин А.О.
Статья в выпуске: 3, 2016 года.
Бесплатный доступ
Многослойные газопроницаемые пакеты из металлических плетеных сеток являются перспективным демпфирующим элементом, защищающим конструкции от ударных и взрывных воздействий. За счет развитой межфазной поверхности пакеты могут отбирать значительную долю энергии горячих продуктов взрыва и снижать интенсивность проходящих ударных волн. Пакеты сеток конструктивно формируются путем свободного наложения слоев друг на друга с сохранением направлений проволок, поэтому пакеты можно считать высокопористой деформируемой средой, обладающей ортотропными свойствами. Проведены экспериментальные исследования деформационных и прочностных свойств конструктивно ортотропных пакетов плетеных металлических сеток при статическом и динамическом нагружении. Пакет сетки сопротивляется сжатию по нормали к слоям сетки: первая ось - ортотропии и растяжению вдоль направлений проволок, другие оси - ортотропии. Для ударного растяжения в плоскости слоев использовался аналог схемы Николаса, представляющей собой модификацию метода Кольского. В разрезных стержнях Гопкинсона сделаны продольные пазы, в которых размещается и закрепляется испытываемый образец. Ударное растяжение проводится в волне растяжения, формирующейся в стержнях в результате отражения от свободного торца первичной волны сжатия, которая проходит через стык стержней, не деформируя образец. Статическое растяжение образцов сеток производится на испытательных машинах Zwick. Испытания проведены для образцов с различным шагом плетения сеток и различным количеством слоев. Опытами определены необходимые размеры рабочей части образца. Показано, что диаграммы деформирования при растяжении вдоль проволок в плоскости слоев и при сжатии по нормали к слоям сетки при всех режимах нагружения носят нелинейный и необратимый характер, а также проявляют существенную зависимость от скорости деформации. При квазистатическом растяжении пакетов сеток в направлении проволок существенное влияние оказывает их предварительное обжатие по нормали к слоям сеток. При динамическом растяжении этот эффект выражен значительно слабее.
Плетеная металлическая сетка, эксперимент, разрезной стержень гопкинсона, динамическая деформация, статическое растяжение, нелинейность, необратимость
Короткий адрес: https://sciup.org/146211627
IDR: 146211627 | УДК: 539.3 | DOI: 10.15593/perm.mech/2016.3.17
Experimental study of deformation properties of a package of woven metal mesh under dynamic and quasi-static stressing
The multilayer gas-permeable bags of woven metal meshes are a promising damping element that protects the structure from shock and explosive effects. Due to the developed interface, the packages may select a significant proportion of the explosion energy of hot products and reduce the intensity of shock waves. Mesh bags are constructively formed by a free deposition of layers on each other while maintaining the directions of threads, so the packages can be considered as a highly porous deformable medium having orthotropic properties. Experimental studies have been made on deformation and strength properties of structurally orthotropic packages of woven metal grids under static and dynamic stressing. Mesh Package resists compression normal to the layers of the grid, it is the first orthotropy axis, and resists the stretching along the directions of threads, it is the other orthotropy axis. For the impact stretching in the plane of the layers we used an analogue of Nicholas circuit which is a modification of the Kolskiy method. In the split Hopkinson bars we made longitudinal grooves which house and fix the test specimen. Shock stretching is carried out in the wave of stretching which emerges in the bars as a result of reflection from the free end of the primary compression wave that passes the junction of rods without deforming the sample. Static stretching of grid samples is performed using Zwick testing machines. Tests were carried out for samples with different pitch and weave meshes and a different number of layers. Experiments have determined the necessary dimensions of the working part of the sample. It is shown that the stress-strain diagram in tension along the threads in the plane of the layers and the compressive normal to the layers of the grid for all loading conditions are non-linear and irreversible, but also show a significant dependence on the strain rate. In the quasi-static tensile packages of grids in the direction of the filaments is significantly affected by their prior compression normal to the layers of mesh. Under dynamic stretching this effect is much weaker.
Список литературы Экспериментальное исследование деформационных характеристик пакетов плетеных металлических сеток при динамическом и квазистатическом нагружении
- Stolz A., Ruiz-Ripoll M.L. Experimental and computational characterization of dynamic loading and structural resistance of tunnels in blast scenarios//Fire technology. -2015. -P. 24 DOI: 10.1007/s10694-015-0496-8
- An Inverse Estimation of High Strain Rate Properties of Composite Material Constituents/S. Chacko, A. Jones, R. Brooks, M.J. Lidgett//20th International Conference on Composite Materials Copenhagen, 19-24th July 2015, Copenhagen, 2015.
- Splichal J., Pistek A., Hlinka J. Dynamic tests of composite panels of an aircraft wing//Progress in Aerospace Sciences. 06/2015 DOI: 10.1016/j.paerosci.2015.05.005
- Cadoni E, Forni D. Strain rate effects on reinforcing steels in tension//EPJ Web of Conferences 94 01004, 2015 DOI: 10.1051/epjconf/20159401004
- Zhu H, Pierron F. Exploration of Saint-Venant’s Principle in Inertial High Strain Rate Testing of Materials//Experimental Mechanics. -07/2015 DOI: 10.1007/s11340-015-0078-1
- Hu D., Meng K., Jiang H. Experimental Investigation of Dynamic Properties of AerMet 100 Steel//Procedia Engineering -12/2015; 99:1459-1464 DOI: 10.1016/j.proeng.2014.12.685
- Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Фугасные эффекты взрывов. -СПб.: Полигон, 2002. -266 с.
- Альтшулер Л.В., Кругликов Б.С. Затухание сильных ударных волн в двухфазных и гетерогенных средах//ПМТФ. -1984. -№ 5. -С. 24-29.
- Кругликов Б.С., Кутушев А.Г. Ослабление ударных волн экранирующими решетками//ФГВ. -1998. -Т. 24, № 1. -С. 115-118.
- Численная модель деформирования противоосколочной сетки при взрывном нагружении/А.И. Абакумов //Тр. ВНИИЭФ. Математическое моделирование физических процессов. -2006. -№ 10. -С. 16-30.
- Моделирование взаимодействия ударных волн с деформируемыми газопроницаемыми преградами/М.Х. Абузяров, Е.Г. Глазова, А.В. Кочетков, С.В. Крылов, В.И. Романов, М.А. Сырунин//Проблемы прочности и пластичности. -2010. -Вып. 72. -С. 120-129.
- Мельцас В.Ю., Портнягина Г.Ф., Соловьев В.П. Численное моделирование прохождения ударных волн через экранирующие решетки//ВАНТ. -1993. Вып. 3. -С. 26-31.
- Глазова Е.Г., Кочетков А.В. Численное моделирование взаимодействия деформируемых газопроницаемых пакетов сеток с ударными волнами//ПМТФ. -2012. -№ 3. -С. 11-19.
- Исследование деформационных свойств пакетов плетеных металлических сеток при квазистатическом сжатии и растяжении/А.Н. Горохов, Д.А. Казаков, А.В. Кочетков, И.А. Модин, В.И. Романов//Проблемы прочности и пластичности. -2014. -Вып. 76 (3). -С. 251-255.
- Bragov A.M., Lomunov A.K. Methodological aspects of studying dynamic material properties using the Kolsky method//Int.J. of Impact Engineering. -1995. -Vol. 16 (2). -P. 321-330.
- Investigations on specimen design and mounting for Split Hopkinson Tension Bar (SHTB) experiments/N. Ledford, H. Paul, G. Ganzenmüller, M. May, M. Höfemann, M. Otto, N. Petrinic//DYMAT. -09/2015.
- Design and Computational Validation of a Split Hopkinson Pressure Bar for Dynamic Characterization of Materials Under High Strain Rate Tension Loading/A. Sasikumar, N. John, S. Pushpagiri, L.L. Koithara//International Journal of Engineering Research & Technology. -2015. -Vol. 4 -Iss. 06, June DOI: 10.17577/IJERTV4IS060894
- Nicholas O. Tensile testing of materials at high rates of strain//Exp.Mech. -1981. -Vol. 21. -No. 5. -P. 177-195.
- Методика определения параметров уравнений механики поврежденной среды при усталости и ползучести/И.А. Волков, Д.А. Казаков, Ю.Г. Коротких, А.И. Волков//Прикладная механика и технологии машиностроения. -2012 -№ 2 (21) -C. 7-24.
