Моделирование высокоскоростного удара трубчатыми и кольцевыми ударниками
Численное моделирование высокоскоростного удара стальными ударниками трубчатой и кольцевой формы по массивным преградам из стали и сплава АМг-6. Анализ особенностей деформирования и разрушения мишени. Коллективное воздействие группы тел на преграду.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.10.2018 |
| Размер файла | 4,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Моделирование высокоскоростного удара трубчатыми и кольцевыми ударниками
Л.А. Мержиевский
А.А. Васильев
А.В. Виноградов
С.С. Соколов
А.В. Свидинский
Высокоскоростные ударники находят широкое применение в физике высоких давлений для достижения экстремальных параметров состояния исследуемых веществ и исследования процессов взаимодействия компактных и удлиненных тел с различными преградами. В первом случае используются ударники в форме пластин, создающие в исследуемом материале мишени плоские ударные волны. Во втором предметом исследования являются особенности формирования кратеров в "полубесконечных" преградах, механизмы предельного пробивания и разрушения ударников при взаимодействии с тонкими экранами. При этом рассматриваются не только ударники простой формы - стержни, шаровидные частицы, но и ударники более сложной формы - полые цилиндры и шарики, цилиндры с конической выемкой на ударяющем торце и т. д. [1-5]. В экспериментальных работах изучалась эффективность пробивного действия трубчатых ударников в сравнении с ударом стержней. Для этого случая с использованием классических подходов теории пробивания стержнями [6, 7] построены аналитические модели проникания в полубесконечные преграды [8]. Довольно значительное количество работ посвящено численному моделированию пробивания преград трубчатыми ударниками различных конфигураций (например, [1,5]).
В данной работе приводятся результаты расчетов пробивания преград трубчатыми и кольцевыми ударниками в постановках, воспроизводящих постановки экспериментов [9,10]. В первом случае расчеты проводились с использованием разработанного во ВНИИЭФ комплекса программ ТИМ-2D, предназначенной для решения двумерных задач механики сплошных сред на многоугольных неструктурированных лагранжевых сетках. Для описания поведения стали (материал ударника) использовалось модель Джонсона-Кука, для материала мишени (АМг-6) релаксационная модель Армстронга - Зерилли с расчетом температуры плавления по уравнению Линдемана и уравнение состояние Ми-Грюнайзена для обеих материалов. Конфигурация расчетной области для одного из вариантов расчета показана на рис. 1, где I - ударник, II - стабилизирующая "юбка", III - преграда.
Рис. 1
Рис. 2
Другие расчеты отличались иной геометрией стабилизирующей "юбки". Результаты расчета данной задачи иллюстрируются на рис. 2 (распределение давления - вверх, и плотности - внизу на момент 10 мкс после соударения, скорость удара 2,93 км/с). Сравнение формы и размеров рассчитанных кратеров с экспериментальными проводится на рис. 3, а соответствующие числовые характеристики приведены в таблице.
Рис. 3
Таблица 1
|
№ опыта |
№ расчета |
U, км/с |
HЭ, cм |
HР, cм |
|
|
10.1 |
14391 |
2,93 |
17.4 |
17.3 |
|
|
10.2 |
14392 |
2,74 |
11 |
11.7 |
|
|
10.3 |
14313 |
3,25 |
12.4 |
12.3 |
Здесь U, HЭ, HР - скорость ударника, экспериментальная и расчетная глубины кратера соответственно. Как следует из приведенных данных, расчет с хорошей точностью воспроизводит данные экспериментов [9].
Рис. 4
В следующей серии расчетов моделировался удар стального кольца по стальной преграде [10]. Постановка задачи аналогична описанной выше, для решения использовался пакет ANSYS, та же модель и уравнения состояния. Сравнение результатов расчетов удара кольца толщиной 2 мм с внешним и внутренним радиусами 20 мм и 12,5 мм для разных скоростей удара (слева направо 1; 1,7; 2,5 км/с соответственно) на один и тот же момент времени проводится на рис. 4. С ростом скорости удара увеличивается выброс материала с лицевой стороны мишени и величина откольного диска. Для сравнения на рис. 5 приведены фотографии мишени толщиной 25 мм после удара такого же, как в расчетах диска со скоростью 1,7 км/с. Как и в расчете, на передней стороне мишени остается кольцевой кратер, а на тыльной стороне формируется откол в виде квазидиска с диаметром, почти вдвое превышающем внешний диаметр ударника.
Рис. 5
Анализируя результаты проведенных расчетов можно сказать, что качественные картины процессов при соударении трубчатых и кольцевых ударников подобны и характеризуются формированием струй, распространяющихся навстречу движения ударника. Эффективность трубчатых ударников по глубине проникания вполне сопоставима с эффективностью стержней, при этом, как отмечается в [3], трубчатый ударник может оказаться более устойчивым.
Работа проведена при частичной поддержке Интеграционного проекта СО РАН № 64.
Библиографический список
моделирование высокоскоростной удар деформирование
1. Рини Т. Численное моделирование явлений при высокоскоростном ударе / Т. Рини // Высокоскоростные ударные явления. - М. -Мир.- 1973. - С. 164-219.
2. Козорезов К.И. Упрочнение металлов при кумуляции ударных волн / К.И. Козорезов, Л.И. Миркин.// ДАН СССР. - 1966. - Т. 171. - № 2. - С. 324-326.
3. Евстропьев-Кудреватый В.В. Моделирование стационарного процесса высокоскоростного взаимодействия деформируемых твердых тел / В.В. Евстропьев-Кудреватый, Е.Л. Зильбербранд, Н.А. Златин и др. // ЖТФ. - 1990. - Т. 60, № 3. - С. 102-106.
4. Franzen R.R. Observations concerning the penetration mechanics of tubular hypervelocity penetrators / R.R. Franzen, P.N. Schneidewind // Int. Journal of Impact Engineering. - 1991. - V. 11. -No. 3. - P. 289-303.
5. Milis J.T. A theoretical investigation of the penetration properties of hollow particles / J.T. Milis, J.P. Curtis // Int. Journal of Impact Engineering. - 2001. - V. 26. No. 1-10. - P. 523-531.
6. Алексеевский В.П. К вопросу о проникания стержня в преграду с большой скоростью / В.П. Алексеевский // ФГВ. - 1966. - № 2. - С. 99-106.
7. Тейт А. Теория торможения длинных стержней после удара по мишени // Механика, сб. пер. - 1968. - № 5. - С. 125-137.
8. Lee M. Cavity models for solid and hollow projectiles / M. Lee, S.J. Bless // Int. Journal of Impact Engineering. - 1998. - V. 21. No. 10. - P. 881-894.
9. Рыжов И.В. Особенности высокоскоростного внедрения трубчатых ударников / И.В. Рыжов, А.М. Близнюк, С.А. Капинос, Ю.В. Кочнев, В.А. Могилев, В.Н. Номаконова // Сборник докладов XI научно-технической конференции "Молодежь в науке" г. Саров изд. ВГУП "РФЯЦ" - 2013. - С. 538-543.
10. Мержиевский Л.А. Высокоскоростной удар ударником кольцевой формы / Л.А. Мержиевский, А.А. Васильев, А.В. Виноградов, В.И. Лаптев // Сборник материалов XII Международной конференции "Забабахинские научные чтения". - 2014. - С. 214-215.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание удара как физического явления, при котором скорости точек тела изменяются на конкретную величину в малый промежуток времени. Расчет изменения кинетической энергии механической системы во время удара. Коэффициент восстановления и теорема Карно.
презентация [298,3 K], добавлен 09.11.2013Определение перемещений и напряжений при ударе. Случай продольного удара груза по неподвижному телу. Определение скорости тела в момент удара. Возникновение значительной силы инерции, определение ее величины по действию удара. Действие нагрузки.
реферат [585,2 K], добавлен 27.11.2008Физические основы развития гидравлического удара. Фазы развития этого явления. Факторы, влияющие на силу гидроудара, его особенности, сущность. Условия отрыва жидкости, влияние на стенки трубы. Способы борьбы и методы предотвращения гидравлического удара.
курсовая работа [195,3 K], добавлен 07.04.2015Численное решение уравнений движения планет и их спутников по орбите. Влияние возмущений на характер орбиты. Возмущения в пространстве скоростей. Радиальные, тангенциальные возмущения. Законы движения Кеплера и Ньютона. Влияние "солнечного ветра".
курсовая работа [486,0 K], добавлен 22.07.2011Установление методами численного моделирования зависимости температуры в точке контакта от угла метания пластины при сварке взрывом. Получение мелкозернистой структуры и расчет параметров пластины с применением программного расчетного комплекса AUTODYN.
дипломная работа [6,2 M], добавлен 17.03.2014Механическая характеристика асинхронного двигателя с массивным ротором. Параметрическая модель асинхронного двигателя с массивным ротором в установившихся и переходных режимах. Влияние насыщения и поверхностного эффекта на магнитное сопротивление ротора.
реферат [272,4 K], добавлен 19.02.2014Методика разработки и анализ цифровой схемы, содержащей не менее трех последовательностных устройств и комбинационных. Моделирование схемы, описанной на языке VHDL с использованием Xilinx WebPackISE. Выбор и обоснование необходимых аппаратных средств.
контрольная работа [1,9 M], добавлен 16.10.2014Определение температуры бериллиевой мишени и термических напряжений, возникающих в связи с изменением теплового состояния тела с помощью метода конечных элементов. Расчет времени выхода на стационарный режим. Оценка безопасности режима работы мишени.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 21.06.2014Энергетическая теория прочности Гриффитса. Растяжение и сжатие как одноосные воздействия нагрузки. Деформированное состояние в стержне. Зависимость компонентов тензора напряжения от ориентации осей. Теория Ирвина и Орована для квазехрупкого разрушения.
курс лекций [949,8 K], добавлен 12.12.2011Определение концентрации молекул разряженного газа в произвольном объеме. Моделирование набегающего потока, движения молекулы внутри объема. Генерация вектора скорости молекулы и координат точки влета. Моделирование потока собственных газовыделений.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 06.07.2011Основные характеристики трубчатых печей. Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива. Выбор типоразмера трубчатой печи. Упрощенный расчет камеры радиации. Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи.
реферат [6,7 M], добавлен 24.11.2012Моделирование как одно из средств отображения явлений и процессов реального мира. Основы и необходимые условия физического моделирования. Его использование в экспериментальных исследованиях. Влияние научно-технического прогресса на развитие моделирования.
реферат [15,2 K], добавлен 21.11.2010Основное уравнение гидростатики, его формирование и анализ. Давление жидкости на криволинейные поверхности. Закон Архимеда. Режимы движения жидкости и гидравлические сопротивления. Расчет длинных трубопроводов и порядок определения силы удара в трубах.
контрольная работа [137,3 K], добавлен 17.11.2014Электрический пробой газов и диэлектриков. Вольт-секундные характеристики изоляции. Разработка импульсного генератора высоких напряжений. Моделирование и построение математической модели, позволяющей проводить расчет электрического разряда в жидкости.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 26.11.2011Неизотропность и блуждание частицы в ячейках. Событийное моделирование двумерного одноатомного газа. Имитационное моделирование вихревого движения в газе. Событийное моделирование самоорганизации графена. Фрагмент участка фильтра с областями прилипания.
статья [337,9 K], добавлен 23.07.2012Моделирование пуска двигателя постоянного тока ДП-62 привода тележки слитковоза с помощью пакета SciLab. Структурная схема модели, ее элементы. Паспортные данные двигателя ДП-62, тип возбуждения. Диаграмма переходных процессов, построение графика.
лабораторная работа [314,7 K], добавлен 18.06.2015История создания газового лазера. Использование его в промышленности. Особенности газов как лазерных материалов. Освоение далекого инфракрасного диапазона, диапазонов ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Применение метода электронного удара.
презентация [297,2 K], добавлен 12.12.2013Методика газодинамического анализа кольцевой камеры сгорания с использованием инженерного пакета ANSYS. Применение газовой турбины в современной промышленности. Основные показатели работы камер сгорания. Анализ безопасности и экологичности проекта.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 30.09.2013Моделирование квантовохимическим методом MNDO/AM1 различных структурных форм полупроводникового полимера паратиоцианогена, анализ его структуры, электронных и спектрофизических характеристик, сравнение их с экспериментальными спектроскопическими данными.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 21.01.2016Физическое моделирование теплового смерча типа торнадо в лабораторных условиях, исследование формирования и взаимодействия смерчей между собой. Осуществление моделирования тепловых смерчей в лабораторных условиях с помощью экспериментальных установок.
реферат [2,0 M], добавлен 05.08.2010
