Влияние микроструктуры металла на процесс струеобразования
Автор: Гриф Екатерина Михайловна, Гуськов Анатолий Васильевич, Милевский Константин Евгеньевич
Рубрика: Численные методы моделирования
Статья в выпуске: 4 т.19, 2019 года.
Бесплатный доступ
На основании обзора научно-технической литературы проводится анализ влияния микроструктуры материала кумулятивной облицовки на пробивную способность кумулятивных зарядов: в зависимости от среднего диаметра, прочности границ, однородности формы, размера и ориентации зерен металла. Выдвигается и обосновывается модель идеальной структуры металла кумулятивной облицовки. Проводится оценка современного уровня развития технологий производства кумулятивных облицовок, рассматриваются перспективные технологии, оценивается возможность создания кумулятивных облицовок с требуемой микроструктурой. Исходя из допущения о неделимости и целостности зерна металла, основанного на постулатах мезомеханического явления зернограничного скольжения, выдвигается идея о возможности проведения численных экспериментов по формированию кумулятивных струй с разным задаваемым шагом расчетной сетки. Проводится численный расчет функционирования кумулятивных зарядов конической и сложной коническо-кольцевой формы облицовки для стороны ячейки-зерна в 500, 250 и 125 мкм. Визуально оценивается эффективность процесса струеобразования в зависимости от величины зерна по выделяемым параметрам: направлениям векторов скоростей ячеек-зерен материала и вводимому параметру γ - угол между приведенным вектором скорости головной части струи и осью симметрии струеобразования. Полученные результаты коррелируют с существующими знаниями о физике процесса кумуляции: при уменьшении размера стороны ячейки-зерна направленность течения металла увеличивается, форма головной части струи «вытягивается». То есть предлагаемый способ численных исследований проблемы взаимосвязи микроструктуры кумулятивной облицовки и пробивающей способности кумулятивного заряда открывает широкие возможности в дальнейших исследованиях, в том числе при моделировании кумулятивных облицовок с более мелким зерном и при различных модификациях математической постановки задачи.
Умуляция, размер зерна, кумулятивная струя, кумулятивная облицовка
Короткий адрес: https://sciup.org/147231757
IDR: 147231757 | УДК: 623-4 | DOI: 10.14529/engin190404
Influence of the metal microstructure on the jet formation process
Based on a review of the scientific and technical literature, an analysis is made of the influence of the material’s microstructure of the cumulative lining on the breakdown ability of cumulative charges: depending on the average diameter, strength of the boundaries, uniformity of shape, size and orientation of the grains of the metal. A model of the ideal metal structure of the cumulative cladding is advanced and substantiated. An assessment of the current level of development of technologies for the production of cumulative linings is carried out, promising technologies are considered, the possibility of creating cumulative linings with the required microstructure is evaluated. Based on the assumption of the indivisibility and integrity of the metal’s grain, based on the postulates of the mesomechanical phenomenon of grain-boundary sliding, the idea is put forward that it is possible to conduct numerical experiments on the formation of cumulative jets with a different set step of the computational grid. A numerical calculation of the functioning of the cumulative charges of a conical and complex conical-annular shape of the lining for the side of the grain cell of 500, 250 and 125 μm is carried out. The efficiency of the jet formation process is visually assessed depending on the grain size according to the parameters distinguished: the directions of the velocity vectors of the material grain cells, and also the parameter γ is introduced - the angle between the reduced velocity vector of the head of the jet and the axis of symmetry of the jet formation. The results correlate with existing knowledge about the physics of the cumulation process: as the size of the side of the cell-grain decreases, the direction of the metal flow increases, the shape of the head of the jet “stretches”. The proposed method for numerical studies of the relationship between the microstructure of the cumulative lining and the breakdown ability of the cumulative charge opens up wide opportunities for further research, including when modeling cumulative facings with finer grains and for the various modifications of the mathematical formulation of the problem.
Список литературы Влияние микроструктуры металла на процесс струеобразования
- Физика взрыва. В 2 т. Т. 2 / под ред. Л.П. Орленко. - Изд. 3-е, испр. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 656 с.
- Zuev, L.B. Elastoplastic Strain Invariant of Metals / L.B. Zuev, S.A. Barannikova, A.G. Lunev // Usp. Fiz. Met. - 2019. - Vol. 19, № 4. - P. 379-417. DOI: 10.15407/ufm.19.04.379
- Козлов, ЭВ. Зеренная структура, геометрически необходимые дислокации и частицы вторых фаз в поликристаллах микро- и мезоуровня / ЭВ. Козлов, Н.А. Конева, Н.А. Попова // Физ. мезомеханика. - 2009. - Т. 12, № 4. - С. 93-106.
- Пат. 2180723 РФ, МПК F42B1/036, B21D22/14. Способ изготовления осесимметричной облицовки кумулятивного заряда / Э.И. Владыкин, А.Е. Курепин, В.А. Семин. - № 2000125292/02, заявл. 10.05.2000; опубл. 20.03.2002.
- Технология изготовления облицовок кумулятивных зарядов, обладающих повышенной пробивной способностью / В.В. Калашников, Д.А. Деморецкий, О.В. Трохин и др. // Известия Самар. науч. центра РАН. - 2011. - № 1-2.- С. 373-376.
- Минин, В.Ф. Технология изготовления анизотропной облицовки кумулятивного заряда / В.Ф. Минин, О.В. Минин, И.В. Минин // Вестник СГУГиТ (Сибир. гос. ун-та геосистем и технологий). - 2016. - Т. 36, № 4. - С. 237-242.
- Кондратьев, Н.С. Многоуровневые модели пластичности многофазных поликристаллических материалов, основанные на физических теориях пластичности и вязкопластичности / Н.С. Кондратьев, П.В. Трусов // Вестник ПНИПУ. Механика. - 2015. - № 1. - С. 76-105.
- DOI: 10.15593/perm.mech/2015.1.06
- Yanov, D.V. Simulation of dynamic channel angular pressing of copper samples using experimental data of loading / D.V. Yanov, S.A. Zelepugin // J. Phys.: Conf. Ser. - 2019. - Т. 1214. - Номер статьи 012023.
- DOI: 10.1088/1742-6596/1214/1/012023
- Recrystallization in microcrystalline copper and nickel prodused by equal-channel angular pressing: I. structural investigations. Effect of anomalous growth / V.N. Chuvil'deev, V.I. Kopylov, A.V. Nokhrin et al. // The Physics of Metals and Metallography. - 2003. - Vol. 96, № 5. - P. 486-495.
- Elsukova, T.F. Mechanisms of severe plastic deformation of polycrystalline aluminum on a mesoscale upon cyclic loading / T.F. Elsukova, V.E. Panin, Y.F. Popkova // Russian Metallurgy (Metally). - 2011. - Vol. 2011, № 10. - P. 956-960.
- DOI: 10.1134/s0036029511100028
- Воротилин, М.С. Анализ существующих технологий изготовления кумулятивных облицовок / М.С. Воротилин, Т.И. Дронова // Известия ТулГУ. Технич. науки. - 2012. - № 11-1. - С. 329-335.
- Панин, В.Е. Физическая мезомеханика зернограничного скольжения в деформируемом поликристалле / В.Е. Панин, В.Е. Егорушкин, Т.Ф. Елсукова // Физ. мезомеханика. - 2011. - № 6. - С. 15-22.
- Шарифуллина, Э.Р. Обзор экспериментальных исследований структурной сверхпластичности: эволюция микроструктуры материалов и механизмы деформирования / Э.Р. Шарифуллина, А.И. Швейкин, П.В. Трусов // Вестник Пермского нац. исследоват. политехн. ун-та. Механика. - 2018. - № 3. - С. 103-127.
- DOI: 10.15593/perm.mech/2018.3.11
- Meyers, M.A. Mechanical Metallurgy: Principles and Applications / M.A. Meyers, K.K. Chawla. - Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1984. - P. 688-731.
- Панин, В.Е. Деформируемое твердое тело как нелинейная иерархиечески организованная система / В.Е. Панин, В.Е. Егорушкин // Физ. мезомеханика. - 2011. - Т. 14, № 3. - С. 7-26.
- DOI: 10.1016/j.physme.2011.12.002
- Marinin, M.A. Modeling of the Welding Process of Flat Sheet Parts by an Explosion / M.A. Marinin, S.V. Khokhlov, V.A. Isheyskiy // Journal of Mining Institute. - 2019. - Vol. 237. - P. 275-280.
- DOI: 10.31897/PMI.2019.3.20
- Wu, H. A comparative study for the impact performance of shaped charge JET on UHPC targets / H. Wu, F. Hu, Q. Fang // Defence Technology. - 2019. - P. 506-518.
- DOI: 10.1016/j.dt.2019.04.005
- Experimental and numerical study on the meso-scopic characteristics of metal composites jets by a shaped charge / F. Wang, D. Ma, P. Wang et al. // Journal of Applied Physics. - 2019. - Vol. 126 (9). - Number article 095901.
- DOI: 10.1063/1.5100781
- Liu, Y. Study on the overdriven detonation wave propagation in double-layer shaped charge/ Y. Liu, J. Yin, Z. Wang // Physics of Fluids. - 2019. - Vol. 31 (9). - Number article 092110.
- DOI: 10.1063/1.5112772
- Xu, W. The jet formation and penetration capability of hypervelocity shaped charges / W. Xu, C. Wang, D. Chen // International Journal of Impact Engineering. - 2019. - Vol. 132 (2019) - Number article 103337.
- DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2019.103337
- Пат. 2478904C1 РФ. МПК F42B1/02. Устройство для формирования кольцевой кумулятивной струи / Д.В. Маляров, И.В. Жданов, И.Б. Тарасов. - № 2011144493/11; заявл. 02.11.2011; опубл. 10.04.2013.
