Моделирование процессов динамического внедрения пространственных тел в сжимаемую упругопластическую среду
Автор: Линник Е.Ю., Котов В.Л., Константинов А.Ю.
Статья в выпуске: 4, 2017 года.
Бесплатный доступ
Рассматривается задача о нормальном ударе и проникании жестких пространственных тел в полупространство, занимаемое упругопластической средой. Для среды проникания принимается модель линейно сжимаемой упругопластической среды при линейной зависимости предела текучести от давления (условие пластичности Мизеса-Шлейхера-Боткина). Решение задачи осуществляется численно в трехмерной постановке с применением пакета программ LS-Dyna. Упругопластическая среда проникания рассматривается на неподвижной эйлеровой сетке с выделением пустых ячеек, в которые материал перетекает в процессе деформирования. Ударники моделируются жестким недеформируемым телом в лагранжевой системе координат. Для сравнения, параметры процесса проникания - силы сопротивления внедрению и глубины проникания ударников получены также в рамках модели локального взаимодействия на основе аналитического решения задачи о расширении сферической полости. Ранее на основе данных обращенных экспериментов и численных расчетов в осесимметричной постановке показана применимость модели локального взаимодействия к определению силовых и кинематических характеристик острых конических тел. Проверка применимости модели для описания движения пространственных тел в полной трехмерной постановке ранее не проводилась. Исследуемые тела - круговой конус, трех- и четырехгранные пирамиды, тело с звездообразным поперечным сечением - обладают одинаковой площадью основания, нормаль к боковой поверхности тел составляет с направлением движения постоянный угол 60 градусов. Особенностью построения формы рассматриваемых пространственных тел является тот факт, что в рамках модели локального взаимодействия эти тела должны обладать одинаковым сопротивлением внедрению, совпадающим с сопротивлением внедрению кругового конуса. Все эти тела имеют высоту меньше высоты конуса. Приводятся результаты трехмерных численных расчетов проникания тел по нормали в упругопластическую среду с дозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями, демонстрирующие увеличение сопротивления внедрению, пропорциональное уменьшению высоты тела. Для рассмотренных тел одинаковой высоты изменения в форме поперечного сечения не приводят к существенным отличиям в силе сопротивления и глубине проникания.
Проникание, упругопластическая грунтовая среда, конический ударник, пирамидальные тела, звездообразное тело, модель локального взаимодействия, задача о расширении сферической полости, трехмерное моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/146211709
IDR: 146211709 | DOI: 10.15593/perm.mech/2017.4.07
Список литературы Моделирование процессов динамического внедрения пространственных тел в сжимаемую упругопластическую среду
- Young C.W. Depth prediction for earth-penetrating projectiles//ASCE Journal of Soil Mechanics and Foundation Engineering. -1969. -Vol. 95(SM3). -P. 803-817.
- Young C.W. Penetration Equations//Contractor Report. SAND 97-2426. -Sandia National Laboratories, Albuquerque, N.Mexico, October 1997. -37 p.
- Григорян С.С. О приближенном решении некоторых задач динамики грунтов//ПММ. -1962. -Т. 26. -Вып. 5. -С. 944-946.
- Сагомонян А.Я. Проникание. -М.: Изд-во МГУ, 1974. -299 с.
- Kumano A., Goldsmith W. Projectile impact on soft, porous rock//Rock Mechanics. -1982. -Vol. 15/3. -P. 113-132.
- Колесников В.А. Об изменении траектории метеорита при входе в грунт//Изв. АН СССР. МТТ. -1981. -№ 4. -С. 99-104.
- Рахматулин Х.А., Сагомонян А.Я., Алексеев H.A. Вопросы динамики грунтов. -М.: Изд-во МГУ, 1964. -237 с.
- Forrestal M.J., Longcope D.B., Norwood F.R. А mоdel tо estimate forces on coniсаl pеnеtrаtions into pоrоus rock//Trans. АSМЕ. Ser. E. Journal of Applied Mechanics. -1981. -Vol. 48. -No. 3. -P. 25-29.
- Любин Л.Я., Повицкий А.С. Косой удар твердого тела о грунт//ПМТФ. -1966. -№ 1. -С. 83-92.
- Сагомонян А.Я., Филимонов В.А. К проблеме наклонного проникания осесимметричного тела в грунт//Вестник МГУ. Сер. 1. Математика. Механика. -1984. -№ 6. -С. 90-93.
- Звягин А.В., Сагомонян А.Я. Косой удар по пластине из идеально пластического материала//МТТ. -1985. -№ 1. -С. 159-163.
- Бабаков В.А., Шабунин Е.В Об одном методе расчета пневмопpобойника в дефоpмиpуемой среде//Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -1987. -№ 1. -С. 105-110.
- Деменьшин Д.А., Крылов С.В. Численное моделирование процессов нормального проникания жестких тел в пористые грунты//Прикладные проблемы прочности и пластичности. Численное моделирование физико-механических процессов: межвуз. сб. -Н. Новгород: Изд-во Нижегород. гос. ун-та, 1991. -С. 103-106.
- Forrestal M.J., Longcope D.B., Norwood F.R. Penetration into targets described by locked hydrostats and shear strength//International Journal of Solids and Structures. -1981. -Vol. 17. -No. 9. -P. 915-924.
- Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Ballistic Impact: Recent Advances in Analytical Modeling of Plate Penetration Dynamics-A Review//Applied Mechanics Reviews. -2005. -Vol. 58. -P. 355-371 DOI: 10.1115/1.2048626
- Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Shape optimization of high-speed penetrators: a review//Central European Journal Engineering. -2012. -Vol. 2. -No 4. -P. 473-482 DOI: 10.2478/s13531-012-0022-4
- Omidvar M., Iskander M., Bless S. Response of granular media to rapid penetration//International Journal of Impact Engineering. -2014. -Vol. 66. -P. 60-82 DOI: org/10.1016/j.ijimpeng.2013.12.004
- Forrestal M.J, Luk V.K. Dynamic spherical cavity-expansion in a compressible elastic-plastic solid//ASME Journal of Applied Mechanics. -1988. -Vol. 55. -P. 275-279.
- Аптуков В.Н. Pасшиpение сфеpической полости в упpугопластической сжимаемой сpеде. Сообщ. 2. Влияние инеpционныx сил. Темпеpатуpные эффекты//Проблемы прочности. -1991. -№ 12. -С. 11-14.
- Аптуков В.Н., Хасанов А.Р. Расширение цилиндрической полости в сжимаемой упругопластической среде//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2017. -№ 1. -С. 5-23 DOI: 10.15593/perm.mech/2017.1.01
- Durban D., Masri R. Dynamic spherical cavity expansion in a pressure sensitive elastoplastic medium//International Journal of Solids and Structures. -2004. -Vol. 41. -P. 5697-5716 DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2004.03.009
- Решение задачи о расширении сферической полости в грунтовой среде в предположении несжимаемости за фронтом ударной волны/Е.Ю. Линник //Проблемы прочности и пластичности: межвуз. сб. -Н. Новгород, 2012. -Вып. 74. -С. 49-57.
- Анализ моделей расчета движения тел вращения минимального сопротивления в грунтовых средах/В.Г. Баженов //ПММ. -2014. -Т. 78. -Вып. 1. -С. 98-115 DOI: org/10.1016/j.jappmathmech.2014.05.008
- Forrestal M.J., Luk V.K. Penetration into soil targets//International Journal of Impact Engineering. -1992. -Vol. 12. -No. 3. -P. 427-444.
- Forrestal M.J. Tzou D.Y. A spherical cavity-expansion penetration model for concrete targets//International Journal of Solids and Structures. -1997. -Vol. 34 (31-32). -P. 4127-4146 DOI: org/10.1016/S0020-7683(97)00017-6
- Chen X.W., Li Q.M. Deep penetration of a non-deformable projectile with different geometrical characteristics//International Journal of Impact Engineering. -2002. -Vol. 27. -No. 6. -P. 619-637.
- Rosenberg Z., Dekel E. A numerical study of the cavity expansion process and its application to long-rod penetration mechanics//International Journal of Impact Engineering. -2008. -Vol. 35. -No. 3. -P. 147-154.
- Forrestal M.J., Warren T.L. Penetration equations for ogive-nose rods into aluminum targets//International Journal of Impact Engineering. -2008. -Vol. 35. -No. 8. -P. 727-730.
- Forrestal M.J., Warren T.L. Perforation equations for conical and ogival nose rigid projectiles into aluminum target plates//International Journal of Impact Engineering. -2009. -Vol. 36. -No. 2. -P. 220-225.
- Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. High-Speed Penetration Dynamics: engineering models and methods//World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd, 2013. -680 p.
- Ben-Dor, G., Dubinsky, A., Elperin T. Engineering models of high speed penetration into geological shields//Central European Journal of Engineering. -2014. -Vol. 4. -No. 1. -P. 1-19 DOI: 10.2478/s13531-013-0135-4
- A model of depth calculation for projectile penetration into dry sand and comparison with experiments/Cuncheng Shi, Mingyang Wang, Jie Li, Mengshen Li//International Journal of Impact Engineering. -2014. -Vol. 73. -P. 112-122 DOI: org/10.1016/j.ijimpeng.2014.06.010
- Осипенко К.Ю. Проникание тела вращения в упругопластическую среду//Изв. РАН. Механика твердого тела. -2009. -№ 1. -С. 169-180 DOI: 10.3103/S0025654409020174
- Расчет проникания недеформируемых ударников в малопрочные преграды с использованием данных пьезоакселерометрии/В.А. Велданов //Журнал технической физики. -2011. -Т. 81, № 7. -С. 94-104 DOI: 10.1134/S1063784211070231
- Осипенко К.Ю. Об устойчивости пространственного движения тела вращения в упругопластической среде//Изв. РАН. МТТ. -2012. -№ 2. -С. 68-77 DOI: 10.3103/S0025654412020082
- Якунина Г.Е. Динамика пирамидальных тел в рамках модели локального взаимодействия//Прикладная математика и механика. -2003. -Т. 67, № 1. -С. 11-23.
- Якунина Г.Е. Особенности высокоскоростного движения тел в плотных средах//Прикладная математика и механика. -2012. -Т. 76, № 3. -С. 429-449.
- Баничук Н.В., Иванова С.Ю. Оптимизация формы жесткого тела, внедряющегося в сплошную среду//Проблемы прочности и пластичности: межвуз. сб. -Н. Новгород: Изд-во Нижегород. ун-та, 2007. -Вып. 69. -С. 47-57.
- Баничук Н.В., Иванова С.Ю., Макеев Е.В. О проникании неосесимметричных тел в твердую деформируемую среду и оптимизации формы//Изв. РАН. Механика твердого тела. -2008. -Т. 4. -С. 178-183.
- Баженов В.Г., Котов В.Л., Линник Е.Ю. О моделях расчета форм осесимметричных тел минимального сопротивления при движении в грунтовых средах//Докл. Акад. наук. -2013. -Т. 449, № 2. -С. 156-159 DOI: 10.1134/S102833581303004X
- 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
- Котов В.Л., Линник Е.Ю., Тарасова А.А. Исследование оптимальных форм осесимметричных тел, проникающих в грунтовые среды//Прикладная механика и техническая физика. -2016. -Т. 57, № 5. -С. 66-75 DOI: 10.15372/PMTF20160508
- Применение модели локального взаимодействия для определения силы сопротивления внедрению ударников в песчаный грунт/В.Л. Котов //Прикладная механика и техническая физика. -2013. -Т. 54, № 4. -С. 114-125 DOI: 10.1134/S0021894413040123
- Котов В.Л., Константинов А.Ю. Численное моделирование плоскопараллельного движения конических ударников в грунтовой среде на основе модели локального взаимодействия//Вычислительная механика сплошных сред. -2014. -Т. 7, № 3. -С. 225-233 DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.2.15
- Сравнительный анализ методов моделирования проникания и плоскопараллельного движения конических ударников в грунтовой среде/В.Г. Баженов //Прикладная механика и техническая физика. -2015. -Т. 56, № 3. -С. 44-54 DOI: 10.15372/PMTF20150306
- Бивин Ю.К. Сравнительная оценка проникания звездообразных и конических тел//Изв. РАН. Механика твердого тела. -1999. -№ 4. -113 с.
- Бивин Ю.К., Симонов И.В. Механика динамического проникания в грунтовую среду//Изв. РАН. Механика твердого тела. -2010. -№ 6. -С. 157-191 DOI: 10.3103/S0025654410060130
- Линник Е.Ю., Котов В.Л., Константинов А.Ю. Сравнительный анализ сил сопротивления внедрению конических и пирамидальных тел в упругопластическую среду//Проблемы прочности и пластичности. -2017. -Т. 79, № 3. -С. 245-255.
- Пакет программ «Динамика-2» для решения плоских и осесимметричных нелинейных задач нестационарного взаимодействия конструкций со сжимаемыми средами/В.Г. Баженов //Мат. моделирование. -2000. -Т. 12, № 6. -С. 67-72.
