РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ РАЗРУШЕНИЯ НЕОДНОРОДНОГО МАТЕРИАЛА

УДК 51-74

  • Гаранин Виктор Николаевич – кандидат технических наук, доцент кафедры деревообрабатывающих станков и инструментов. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: dosy@belstu.by

  • Юницкий Анатолий Эдуардович – доктор философии транспорта, генеральный конструктор, ООО «Астроинженерные технологии»; генеральный конструктор. ЗАО «Струнные технологии» (220089, г. Минск, ул. Железнодорожная, 33, Республика Беларусь). E-mail: a@unitsky.com

  • Артюшевский Сергей Владимирович – заместитель генерального конструктора по науке. ЗАО «Струнные технологии» (220089, г. Минск, ул. Железнодорожная, 33, Республика Беларусь). E-mail: s.artyushevskiy@unitsky.com

  • Овсянко Владимир Александрович – начальник группы расчета динамики систем КБ «Инженерные расчеты» ЗАО «Струнные технологии» (220089, г. Минск, ул. Железнодорожная, д. 33, Республика Беларусь). E-mail: v.ovsyanko@unitsky.com

  • Пронкевич Сергей Александрович – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры био- и наномеханики. Белорусский государственный университет (220030, г. Минск, пр-т Независимости, 4, Республика Беларусь). E-mail: pronkevichsa@bsu.by

Ключевые слова: разрушение, скорость, энергия, пуля, бетон, метод конечных элементов.

Для цитирования: Гаранин В. Н., Юницкий А. Э., Артюшевский С. В., Овсянко В. А., Пронкевич С. А. Разработка компьютерной модели разрушения неоднородного материала // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2022. № 1 (254). С. 28–37. DOI: https://doi.org/10.52065/2520-6141-2022-254-1-28-37.

Аннотация

В представленной работе уделено внимание проблеме повышения эффективности моделирования процессов разрушения различных неоднородных материалов. В частности, основной акцент сделан на изучение процесса разрушения бетона. Представлены различные методики моделирования взаимодействия материалов с описанием их достоинств и недостатков. За основу в данной работе выбран метод Лагранжа, который, по мнению авторов, является наиболее подходящим. Использование предлагаемых в работе специальных компьютерных моделей в пакете инженерного анализа ANSYS/LS-DYNA позволяет решать с высокой степенью точности задачи прогнозирования процессов высокоскоростного разрушения сложных объектов. Использование метода Лагранжа позволяет снизить требования к вычислительному оборудованию и повысить точность расчетов за счет использования специального моделирования неоднородности среды. С целью подтверждения достоверности получаемых данных компьютерных моделей были проведены испытания на специальном полигоне, где бетонные образцы подвергались высокоскоростному воздействию со стороны снарядов (пуль). Проведенное исследование показало, что результаты численных экспериментов пулестойкости бетонных образцов с явным моделированием гранитного наполнителя приближены к результатам натурных испытаний, что подтверждает релевантность разработанных моделей и методики расчета. Полученные результаты позволяют получать достоверные результаты и при моделировании разрушения других неоднородныхматериалов, таких как древесина с различными дефектами.

Список литературы

  1. Боровиков А. М., Уголев Б. Н. Справочник по древесине. М.: Лесная пром-сть, 1989. 293 с.
  2. Гаранин В. Н. Обоснование скорости резания древесины с использованием модели обработки анизатропного материала // Труды БГТУ. Сер. 2, Лесное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. 2020. № 2 (236). С. 299–305.
  3. Lai J. Properties and Modeling of Ultra-High-Performance. Concrete Subjected to Multiple Bullet Impacts // Journal of Materials in Civil Engineering. 2018. Vol. 30. 10 p.  DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002462.
  4. Mohotti D., Ngo T., Mendis P. Numerical Simulation of Impact and Penetration of Ogvial Shaped Projectiles through Steel Plate Structures. 2007. 13 p. URL: https://www.academia.edu/17321638/Numerical_Simulation_of_Impact_and_Penetration_of_Ogvial_Shaped _Projectiles_through_Steel_Plate_Structures (дата обращения: 24.09.2021).
  5. Zochovski P. Ballistic Impact Resistance of Bulletproof Vest Inserts Containig Printed Titanium Structures // MDPI. Metals. 2021. No. 11. 23 p. URL: https://www.mdpi.com/2075-4701/11/2/225 (дата обращения: 24.09.2021). DOI: 10.3390/met11020225.
  6. LS-DYNA Keyword User’s Manual. Vol. 2. Materials model. Livermore Software Technology Corporation. 2019. 1613 p.
  7. Damage and Failure Mechanism of Bullets Impact Sapphire based on LS-DYNA / L. Siyu [et al.] // Advances in Engineering Research. 2018. Vol. 146. P. 178–182. DOI: 10.2991/icmea-17.2018.41.
  8. Nyanor P., Hamada A. S., Hassan M. A. Ballistic Impact Simulation of Proposed Bullet Proof Vest Made of TWIP Steel, Water and Polymer Sandwich Composite Using FE-SPH Coupled Technique. Key Engineering materials. 2018. Vol. 786. P. 302–313. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.786.302.
  9. Sai L., Weigui Z., Zhenhua L. An FEM-SPH coupled model for simulating penetration of armorpiercing bullet into ceramic composite armors and glass composite armors // Explosion and Shock Waves. 2021. Vol. 41. No. 1. 12 p. URL: https://pubs.cstam.org.cn/article/doi/10.11883/bzycj-2020-0069?viewType=HTML (дата обращения: 30.09.2021).
  10. Fras T., Murzyn A., Pawlowski P. Defeat mechanism provided by slotted add-on bainitic plates against small-calibre 7.62 mm ×51 AP projectiles // International Journal of Impact Engineering. 2017. No. 103. P. 241–253. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2017.01.015.
  11. Soriano-Moranchel F. Simulation of bullet Fragmentation and Penetration in Granular Media // MDPI, Materials. 2020. No. 13. 13 p. URL: https://www.mdpi.com/1996-1944/13/22/5243 (дата обращения: 30.09.2021). DOI: 10.3390/ma13225243.
  12. Schwer L. Aluminum plate perforation: a comparative case study using Lagrange with erosion, multimaterial ALE, and smooth particle hydrodynamics // 7th European LS-DYNA Conference. 2009. 28 p. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/ALUMINUM-PLATE-PERFORATION-%3A-A-COMPARATIVECASE-%2C-%2C-Schwer/822efc3adc2f42333e0317e75cf4fb7a9659d8bd (дата обращения: 30.09.2021).
  13. Banerjee A., Dhar S., Acharyya S., Datta D., Nayak N. Numerical simulation of ballistic impact of armor steel plate by typical armour piercing projectile // Procedia Engineering. 2017. No 173. P. 347–354. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.12.028.
  14. Разработать и внедрить методику компьютерного моделирования пулестойкой защиты строительных конструкций: отчет о НИР (заключ.) / ЗАО «Струнные технологии»; рук. С. В. Артюшевский. Минск, 2021. 104 с. № ГР 20212668.
  15. Murugesan M., Jung D. W. Johnson cook material and failure model parameters estimation of AISI-1045 medium carbon steel for metal forming applications. Materials, 2019. 12. 609. DOI: https://dx.doi.org/10.3390/
    ma12040609. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6416717/pdf/materials-12-00609.pdf (дата обращения: 30.09.2021). DOI:10.3390/ma12040609.
  16. Clearly P. W., Monaghan J. J. Conduction modelling using smoothed particle hydrodynamics // Comput. Phys. 1999. Vol. 148. No 1. P. 227–264. DOI: 10.1006/jcph.1998.6118.
  17. Karajan N. Particles as Discrete Elements in LS-DYNA: Interaction with themselves as well as Deformation or Rigid Structures // 11th LS-DYNA Forum, Ulm. 2012. 25 p. URL: https://docplayer.net/65403830-Particles-as-discrete-elements-in-ls-dyna-interaction-with-themselves-as-well-as-deformable-or-rigid-structures.html (дата обращения: 04.10.2021).
Поступила после доработки 25.02.2022