Разработка компьютерных моделей баллистических тканей с поверхностной обработкой
Автор: Долганина Наталья Юрьевна, Игнатова Анастасия Валерьевна
Рубрика: Информатика, вычислительная техника и управление
Статья в выпуске: 4 т.6, 2017 года.
Бесплатный доступ
Баллистические ткани на сегодняшний день широко применяются в качестве элементов защитных структур. Актуальными задачами при разработке бронеструктур являются минимизация их массы, уменьшение кинетической энергии пули, передаваемой объекту, расположенному за бронепанелью (снижение величины прогиба тыльной стороны панели). Значительная часть энергии пули рассеивается за счет работы сил трения при вытягивании нитей из ткани. Умение предсказывать работу баллистической ткани при вытягивании нитей позволит проектировать высокоэффективные бронеструктуры. Поэтому были разработаны малопараметрические численные модели вытягивания нити из арамидной ткани Р110 полотняного переплетения, а также для этой ткани с разными типами поверхностной обработки (канифоль, силиконовая смазка) в пакете программ LS-DYNA. Поверхностная обработка ткани позволяет изменять коэффициент трения между нитями с минимальным увеличением веса, и в модели она учитывалась за счет изменения одного параметра - коэффициента сухого трения. Рассмотрено несколько способов распараллеливания задачи вытягивания нити из ткани, получены графики ускорения. Были получены расчетные зависимости нагрузки от перемещения при вытягивании нити из ткани с поверхностной обработкой и без нее. Расчетные результаты лежат в диапазоне разброса экспериментальных данных.
Численные методы, метод конечных элементов, суперкомпьютерное моделирование, арамидная ткань, вытягивание нити из ткани, поверхностная обработка
Короткий адрес: https://sciup.org/147160635
IDR: 147160635 | УДК: 004.94, | DOI: 10.14529/cmse170407
The development of computer models of ballistic fabric with surface treatment
Ballistic fabrics are widely used in protective armor structures. Minimizing the mass of armored structures, reducing the kinetic energy of the bullet transmitted to the object located behind the armored panel (for reducing the amount of deflection of the rear side of the panel) are actual tasks for today. A significant part of the energy of the bullet is dissipated due to the work of frictional forces when pulling yarns from the fabric. Ability to predict the work of ballistic fabric when pulling yarn from the fabric will allow designing high-performance armored structures. Therefore, low-parametric numerical models of pulling a yarn from aramid fabric P110 of plain weave, as well as for this fabric with different types of surface treatment (rosin, silicone grease) were developed using the LS-DYNA software package. Surface treatment of the fabric allows you to change the coefficient of friction between threads with minimal weight gain. In the model, the surface treatment was accounted for by changing one parameter of the coefficient of dry friction. Several methods of parallelizing the problem of pulling a yarn from a fabric are considered. Numerical experiments were conducted to study the scalability of problem. The calculated curves of the load from displacement when drawing a thread from a fabric with and without surface treatment were obtained. The calculated results are in the range of the scatter of the experimental data.
Список литературы Разработка компьютерных моделей баллистических тканей с поверхностной обработкой
- Харченко Е.Ф., Ермоленко А.Ф. Композитные, текстильные и комбинированные бронематериалы. М.: ОАО ЦНИИСМ, 2013. 294 с.
- Zhu D., Soranakom C., Mobasher B., Rajan S.D. Experimental Study and Modeling of Single Yarn Pull-Out Behavior of Kevlar® 49 Fabric//Composites: Part A. 2011. Vol. 42. P. 868-879 DOI: 10.1016/j.compositesa.2011.03.017
- Das S., Jagan S., Shaw A., Pal A. Determination of Inter-Yarn Friction and Its Effect on Ballistic Response of Para-Aramid Woven Fabric under Low Velocity Impact//Composite Structures. 2015. Vol. 120. P. 129-140 DOI: 10.1016/j.compstruct.2014.09.063
- Gawandi A., Thostenson E.T., Gilllespie J.W.Jr. Tow Pullout Behavior of Polymer-Coated Kevlar Fabric//Journal of Materials Science. 2011. Vol. 46, No. 1. P. 77-89 DOI: 10.1007/s10853-010-4819-3
- Majumdar A., Butola B.S., Srivastava A. Development of Soft Composite Materials with Improved Impact Resistance Using Kevlar Fabric and Nano-Silica Based Shear Thickening Fluid//Materials and Design. 2014. Vol. 54. P. 295-300 DOI: 10.1016/j.matdes.2013.07.086
- Lee B.-W., Kim C.-G. Computational Analysis of Shear Thickening Fluid Impregnated Fabrics Subjected to Ballistic Impacts//Advanced Composite Materials. 2012. Vol. 21, No. 2. P. 177-192 DOI: 10.1080/09243046.2012.690298
- Mayo J.B.Jr., Wetzel E.D., Hosur M.V., Jeelani S. Stab and Puncture Characterization of Thermoplastic-Impregnated Aramid Fabrics//International Journal of Impact Engineering. 2009. Vol. 36. P. 1095-1105 DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2009.03.006
- Соловьева Е.А., Курмашова И.А. Исследование механизма взаимодействия колющего оружия с защитными структурами на основе высокопрочных волокон//Вопросы оборонной техники. Серия 15. Композиционные неметаллические материалы в машиностроении. 2015. Вып. 4(179). С. 60-65.
- Lopez-Galvez H., Rodriguez-Millan M., Feito N., Miguelez H. A Method for Inter-Yarn Friction Coefficient Calculation for Plain Wave of Aramid Fibers//Mechanics Research Communications. 2016. Vol. 74. P. 52-56 DOI: 10.1016/j.mechrescom.2016.04.004
- Tapie E., Guo Y.B., Shim V.P.W. Yarn Mobility in Woven Fabrics -a Computational and Experimental Study//International Journal of Solids and Structures. 2016. Vol. 80. P. 212-226 DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2015.11.005
- Dong Z., Sun C.T. Testing and Modeling of Yarn Pull-Out in Plain Woven Kevlar Fabrics//Composites: Part A. 2009. Vol. 40. P. 1863-1869 DOI: 10.1016/j.compositesa.2009.04.019
- Valizadeh M., Lomov S., Ravandi S.A.H., Salimi M., Rad S.Z. Finite Element Simulation of a Yarn Pullout Test for Plain Woven Fabrics//Textile Research Journal. 2010. Vol. 80, No. 10. P. 892-903 DOI: 10.1177/0040517509346436
- LS-DYNA R7.0 Keyword User's Manual. LSTC. 2013. 2206 p.
- Nilakantan G., Nutt S. Effects of Clamping Design on the Ballistic Impact Response of Soft Body Armor//Composite Structures. 2014. Vol. 108. P. 137-150 DOI: 10.1016/j.compstruct.2013.09.017
- Kostenetskiy P.S., Safonov A.Y. SUSU Supercomputer Resources//Proceedings of the 10th Annual International Scientific Conference on Parallel Computing Technologies (PCT 2016). Arkhangelsk, Russia, March 29-31, 2016. CEUR Workshop Proceedings. 2016. Vol. 1576. P. 561-573.
