Численное моделирование плоскопараллельного движения конических ударников в грунтовой среде на основе модели локального взаимодействия
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2014.7.3.22Ключевые слова:
удар, динамическое наклонное проникание, конический ударник, упругопластическая среда, модель локального взаимодействия, кулоновское трение, трехмерное моделированиеАннотация
Проводится анализ точности модели локального взаимодействия (МЛВ) при решении на ее основе задач удара и плоскопараллельного движения конических тел под углом к свободной поверхности полупространства, занимаемого грунтовой средой. Параметры квадратичной по скорости МЛВ определяются из решения задачи расширения сферической полости. При этом среда считается упругопластической, с линейными зависимостями «давление - объемная деформация» и «предел текучести - давление». С помощью компьютерного моделирования задачи в полной трехмерной постановке при действии сил поверхностного трения и с учетом установленных параметров модели находятся силовые и кинематические характеристики проникания конических ударников в грунт (силы сопротивления, скорости и траектории движения центров масс и углы поворота). Получено, что квадратичная по скорости МЛВ, удовлетворительно описывающая инерционное движение конического ударника по нормали к поверхности грунта, применима и для представления начальной стадии наклонного внедрения. Однако при входе ударников в грунт под углом получается несколько большая по сравнению с нормальным ударом погрешность в вычислении как силовых, так и кинематических характеристик, что обусловлено, по мнению авторов, исходными ошибками в задании нормального напряжения в используемых МЛВ и законе трения Кулона. Учет кулоновского трения приводит к увеличению максимального угла поворота ударника по сравнению с расчетами без сил трения, и МЛВ качественно описывает эту тенденцию.
Скачивания
Библиографические ссылки
Сагомонян А.Я. Проникание. - М.: Изд-во МГУ. 1974. 299 с.
2. Аптуков В.Н., Мурзакаев P.Т., Фонаpев А.В. Пpикладная теоpия пpоникания. - М.: Наука, 1992. - 105 с.
3. Григорян С.С. Приближенное решение задачи о проникании тела в грунт // МЖГ. - 1993. - № 4. - С. 18-24.
4. Высокоскоростное взаимодействие тел / Под ред. В.М. Фомина. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. - 600 с.
5. Осипенко К.Ю., Симонов И.В. Модель пространственной динамики тела вращения при взаимодействии с малопрочной средой и несимметричной кавитации // МТТ. - 2002. - № 1. - С. 143-153.
6. Баженов В.Г., Брагов А.М., Котов В.Л., Кочетков А.В. Исследование удара и проникания тел вращения в мягкий грунт // ПММ. - 2003. - Т. 67, № 4. - С. 686-697.
7. Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Localized interaction models with non-constant friction for rigid penetrating impactors // Int. J. Solids Struct. - 2007. - Vol. 44, no. 7-8. - P. 2593-2607.
8. Осипенко К.Ю. Проникание тела вращения в упругопластическую среду // МТТ. - 2009. - № 2. - С. 169-180. DOI
9. Баландин В.В., Брагов А.М., Крылов С.В., Цветкова Е.В. Экспериментально-теоретическое изучение процессов проникания сфероконических тел в песчаную преграду // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2010. - Т. 3, № 2. - С. 15-23. DOI
10. Велданов В.А., Марков В.А., Пусев В.И., Ручко А.М., Сотский М.Ю., Федоров С.В. Расчет проникания недеформируемых ударников в малопрочные преграды с использованием данных пьезоакселерометрии // ЖТФ. - 2011. - Т. 81, № 7. - С. 94-104. DOI
11. Якунина Г.Е. Особенности высокоскоростного движения тел в плотных средах // ПММ. - 2012. - Т. 76, № 3. - С. 429-449.
12. Линник Е.Ю. Численное исследование волнового механизма формирования силы сопротивления внедрению тел вращения в грунтовые среды // Вестник ННГУ. - 2013. - № 1(1). - С. 164-169.
13. Бабаков В.А., Шабунин Е.В. Об одном методе расчета пневмопробойника в деформируемой среде // ФТПРПИ. - 1987. - № 1. - С. 105-110.
14. Roisman I.V., Yarin A.L., Rubin M.B. Oblique penetration of a rigid projectile into an elastic-plastic target // Int. J. Impact Eng. - 1997. - Vol. 19, no. 9-10. - P. 769-795. DOI
15. Баженов В.Г., Котов В.Л. Решение задач о наклонном проникании осесимметричных ударников в мягкие грунтовые среды на основе моделей локального взаимодействия // ПММ. - 2010. - Т. 74, № 3. - С. 391-402.
16. Шамолин М.В. Движение твердого тела в сопротивляющейся среде // Матем. моделирование. - 2011. - Т. 23, № 12. - С. 79-104.
17. Шамолин М.В. Задача о движении тела в сопротивляющейся среде с учетом зависимости момента силы сопротивления от угловой скорости // Матем. моделирование. - 2012. - Т. 24, № 10. - С. 109-132.
18. Осипенко К.Ю. Об устойчивости пространственного движения тела вращения в упругопластической среде // МТТ. - 2012. - № 2. - С. 68-77. DOI
19. Котов В.Л., Константинов А.Ю., Кибец Ю.И., Тарасова А.А., Власов В.П. Численное моделирование плоскопараллельного движения конических ударников в упругопластической среде // Проблемы прочности и пластичности. - 2013. - Т. 75, № 4. - С. 303-311.
20. Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Ballistic impact: Recent advances in analytical modeling of plate penetration dynamics - A review // Appl. Mech. Rev. - 2005. - Vol. 58, no. 6. - P. 355-371. DOI
21. Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Shape optimization of high-speed penetrators: a review // Central European Journal of Engineering. - 2012. - Vol. 2, no. 4. - P. 473-482. DOI
22. Крайко А.Н., Якунина Г.Е. К построению оптимальных тел в рамках моделей локального взаимодействия // ПММ. - 2008. - Т. 72, № 1. - С. 41-53. DOI
23. Котов В.Л. Исследование применимости автомодельного решения задачи о расширении сферической полости в сжимаемой среде для определения давления на поверхности контакта «ударник - грунт» // Проблемы прочности и пластичности. - 2008. - Т. 70. - С. 123-131.
24. Котов В.Л., Баландин В.В., Линник Е.Ю., Баландин В.В. О применимости модели локального взаимодействия для определения сил сопротивления внедрению сферы в нелинейно-сжимаемый грунт // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2012. - Т. 5, № 4. - С. 435-442. DOI
25. Баженов В.Г., Котов В.Л., Линник Е.Ю. О моделях расчета форм осесимметричных тел минимального сопротивления при движении в грунтовых средах // ДАН. - 2013. - Т. 449, № 2. - С. 156-159. DOI
26. Котов В.Л., Баландин В.В., Брагов А.М., Линник Е.Ю., Баландин В.В. Применение модели локального взаимодействия для определения силы сопротивления внедрению ударников в песчаный грунт // ПМТФ. - 2013. - Т. 54, № 4. - С. 114-125. DOI
27. Линник Е.Ю. Определение параметров модели локального взаимодействия при внедрении конических ударников в песчаный грунт // Вестник ННГУ. - 2014. - № 1(1). - С. 186-191.
28. Лойцянский Л.Г., Лурье А.И. Курс теоретической механики. - М.: Наука, 1983. - Т. 2. - 640 с.
29. Колесников В.А. Об изменении траектории метеорита при входе в грунт // МТТ. - 1981. - № 4. - С. 99-104.
30. Forrestal M.J., Luk V.K. Dynamic spherical cavity-expansion in a compressible elastic-plastic solid // J. Appl. Mech. - 1988. - Vol. 55, no. 2. - P. 275-279. DOI
31. Котов В.Л., Линник Е.Ю., Макарова А.А., Тарасова А.А. Анализ приближенных решений задачи о расширении сферической полости в грунтовой среде // Проблемы прочности и пластичности. - 2011. - Т. 73. - С. 58-63.
32. Линник Е.Ю., Котов В.Л., Тарасова А.А., Гоник Е.Г. Решение задачи о расширении сферической полости в предположении несжимаемости за фронтом ударной волны // Проблемы прочности и пластичности. - 2012. - Т. 74. - С. 49-58.
33. Баженов В.Г., Баландин В.В., Григорян С.С., Котов В.Л. Анализ моделей расчета движения тел вращения минимального сопротивления в грунтовых средах // ПММ. - 2014. - Т. 78, № 1. - С. 98-115.
34. Kreig R.D. A Simple constitutive description for cellular concrete / Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM, Rept. SC-DR-72-0883, 1972. http://prod.sandia.gov/techlib/access-control.cgi/1972/720883.pdf (дата обращения: 20.06.2014).
###
Sagomonan A.A. Pronikanie. - M.: Izd-vo MGU. 1974. 299 s.
2. Aptukov V.N., Murzakaev P.T., Fonapev A.V. Ppikladnaa teopia pponikania. - M.: Nauka, 1992. - 105 s.
3. Grigoran S.S. Priblizennoe resenie zadaci o pronikanii tela v grunt // MZG. - 1993. - No 4. - S. 18-24.
4. Vysokoskorostnoe vzaimodejstvie tel / Pod red. V.M. Fomina. - Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 1999. - 600 s.
5. Osipenko K.U., Simonov I.V. Model’ prostranstvennoj dinamiki tela vrasenia pri vzaimodejstvii s maloprocnoj sredoj i nesimmetricnoj kavitacii // MTT. - 2002. - No 1. - S. 143-153.
6. Bazenov V.G., Bragov A.M., Kotov V.L., Kocetkov A.V. Issledovanie udara i pronikania tel vrasenia v magkij grunt // PMM. - 2003. - T. 67, No 4. - S. 686-697.
7. Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Localized interaction models with non-constant friction for rigid penetrating impactors // Int. J. Solids Struct. - 2007. - Vol. 44, no. 7-8. - P. 2593-2607.
8. Osipenko K.U. Pronikanie tela vrasenia v uprugoplasticeskuu sredu // MTT. - 2009. - No 2. - S. 169-180. DOI
9. Balandin V.V., Bragov A.M., Krylov S.V., Cvetkova E.V. Eksperimental’no-teoreticeskoe izucenie processov pronikania sferokoniceskih tel v pescanuu pregradu // Vycisl. meh. splos. sred. - 2010. - T. 3, No 2. - S. 15-23. DOI
10. Veldanov V.A., Markov V.A., Pusev V.I., Rucko A.M., Sotskij M.U., Fedorov S.V. Rascet pronikania nedeformiruemyh udarnikov v maloprocnye pregrady s ispol’zovaniem dannyh p’ezoakselerometrii // ZTF. - 2011. - T. 81, No 7. - S. 94-104. DOI
11. Akunina G.E. Osobennosti vysokoskorostnogo dvizenia tel v plotnyh sredah // PMM. - 2012. - T. 76, No 3. - S. 429-449.
12. Linnik E.U. Cislennoe issledovanie volnovogo mehanizma formirovania sily soprotivlenia vnedreniu tel vrasenia v gruntovye sredy // Vestnik NNGU. - 2013. - No 1(1). - S. 164-169.
13. Babakov V.A., Sabunin E.V. Ob odnom metode rasceta pnevmoprobojnika v deformiruemoj srede // FTPRPI. - 1987. - No 1. - S. 105-110.
14. Roisman I.V., Yarin A.L., Rubin M.B. Oblique penetration of a rigid projectile into an elastic-plastic target // Int. J. Impact Eng. - 1997. - Vol. 19, no. 9-10. - P. 769-795. DOI
15. Bazenov V.G., Kotov V.L. Resenie zadac o naklonnom pronikanii osesimmetricnyh udarnikov v magkie gruntovye sredy na osnove modelej lokal’nogo vzaimodejstvia // PMM. - 2010. - T. 74, No 3. - S. 391-402.
16. Samolin M.V. Dvizenie tverdogo tela v soprotivlausejsa srede // Matem. modelirovanie. - 2011. - T. 23, No 12. - S. 79-104.
17. Samolin M.V. Zadaca o dvizenii tela v soprotivlausejsa srede s ucetom zavisimosti momenta sily soprotivlenia ot uglovoj skorosti // Matem. modelirovanie. - 2012. - T. 24, No 10. - S. 109-132.
18. Osipenko K.U. Ob ustojcivosti prostranstvennogo dvizenia tela vrasenia v uprugoplasticeskoj srede // MTT. - 2012. - No 2. - S. 68-77. DOI
19. Kotov V.L., Konstantinov A.U., Kibec U.I., Tarasova A.A., Vlasov V.P. Cislennoe modelirovanie ploskoparallel’nogo dvizenia koniceskih udarnikov v uprugoplasticeskoj srede // Problemy procnosti i plasticnosti. - 2013. - T. 75, No 4. - S. 303-311.
20. Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Ballistic impact: Recent advances in analytical modeling of plate penetration dynamics - A review // Appl. Mech. Rev. - 2005. - Vol. 58, no. 6. - P. 355-371. DOI
21. Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Shape optimization of high-speed penetrators: a review // Central European Journal of Engineering. - 2012. - Vol. 2, no. 4. - P. 473-482. DOI
22. Krajko A.N., Akunina G.E. K postroeniu optimal’nyh tel v ramkah modelej lokal’nogo vzaimodejstvia // PMM. - 2008. - T. 72, No 1. - S. 41-53. DOI
23. Kotov V.L. Issledovanie primenimosti avtomodel’nogo resenia zadaci o rassirenii sfericeskoj polosti v szimaemoj srede dla opredelenia davlenia na poverhnosti kontakta <> // Problemy procnosti i plasticnosti. - 2008. - T. 70. - S. 123-131.
24. Kotov V.L., Balandin V.V., Linnik E.U., Balandin V.V. O primenimosti modeli lokal’nogo vzaimodejstvia dla opredelenia sil soprotivlenia vnedreniu sfery v nelinejno-szimaemyj grunt // Vycisl. meh. splos. sred. - 2012. - T. 5, No 4. - S. 435-442. DOI
25. Bazenov V.G., Kotov V.L., Linnik E.U. O modelah rasceta form osesimmetricnyh tel minimal’nogo soprotivlenia pri dvizenii v gruntovyh sredah // DAN. - 2013. - T. 449, No 2. - S. 156-159. DOI
26. Kotov V.L., Balandin V.V., Bragov A.M., Linnik E.U., Balandin V.V. Primenenie modeli lokal’nogo vzaimodejstvia dla opredelenia sily soprotivlenia vnedreniu udarnikov v pescanyj grunt // PMTF. - 2013. - T. 54, No 4. - S. 114-125. DOI
27. Linnik E.U. Opredelenie parametrov modeli lokal’nogo vzaimodejstvia pri vnedrenii koniceskih udarnikov v pescanyj grunt // Vestnik NNGU. - 2014. - No 1(1). - S. 186-191.
28. Lojcanskij L.G., Lur’e A.I. Kurs teoreticeskoj mehaniki. - M.: Nauka, 1983. - T. 2. - 640 s.
29. Kolesnikov V.A. Ob izmenenii traektorii meteorita pri vhode v grunt // MTT. - 1981. - No 4. - S. 99-104.
30. Forrestal M.J., Luk V.K. Dynamic spherical cavity-expansion in a compressible elastic-plastic solid // J. Appl. Mech. - 1988. - Vol. 55, no. 2. - P. 275-279. DOI
31. Kotov V.L., Linnik E.U., Makarova A.A., Tarasova A.A. Analiz priblizennyh resenij zadaci o rassirenii sfericeskoj polosti v gruntovoj srede // Problemy procnosti i plasticnosti. - 2011. - T. 73. - S. 58-63.
32. Linnik E.U., Kotov V.L., Tarasova A.A., Gonik E.G. Resenie zadaci o rassirenii sfericeskoj polosti v predpolozenii neszimaemosti za frontom udarnoj volny // Problemy procnosti i plasticnosti. - 2012. - T. 74. - S. 49-58.
33. Bazenov V.G., Balandin V.V., Grigoran S.S., Kotov V.L. Analiz modelej rasceta dvizenia tel vrasenia minimal’nogo soprotivlenia v gruntovyh sredah // PMM. - 2014. - T. 78, No 1. - S. 98-115.
34. Kreig R.D. A Simple constitutive description for cellular concrete / Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM, Rept. SC-DR-72-0883, 1972. http://prod.sandia.gov/techlib/access-control.cgi/1972/720883.pdf (data obrasenia: 20.06.2014).
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2014 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
