Numerical simulation of deformation and fracture of metals under plane shock wave loading
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2012.5.3.35Keywords:
shock wave, defect, free surface velocityAbstract
The mathematical model capable of describing the behavior of materials subjected to shock loading has been developed earlier in the framework of the statistical theory of medium with defects. In the present work, this model is modified and a criterion for determining the conditions of spall fracture is proposed. The base theory treats deformation and fracture as the evolution of defect structures, which allows us to choose the necessary criterion. Numerical algorithms yield free surface velocity profiles. The analysis of these algorithms shows the effect of loading parameters on the strength characteristics of the material.
Downloads
References
Глушак Б.Л., Куропатенко В.Ф., Новиков С.А. Исследование прочности материалов при динамических нагрузках. - Новосибирск: Наука, 1992. - 294 с.
Канель Г.И., Разоренов С.В., Уткин А.В., Фортов В.Е. Ударно-волновые явления в конденсированных средах. - М.: Янус-К, 1996. - 408 с.
Кривцов А.М. Описание пластических эффектов при молекулярно-динамическом моделировании откольного разрушения // ФТТ. - 2004. - Т. 46, Вып. 6. - С. 1025-1030.
Индейцев Д.А., Кривцов А.М., Ткачев П.В. Исследование методом динамики частиц взаимосвязи между откольной прочностью и скоростью деформирования твердых тел // ДАН. - 2006. - Т. 407, № 3. - С. 341-343.
Наймарк О.Б. Коллективные свойства ансамблей дефектов и некоторые нелинейные проблемы пластичности и разрушения //Физ. мезомех. - 2003. - Т. 6, № 4. - С.45-72.
Баяндин Ю.В., Наймарк О.Б. Экспериментальное и теоретическое исследование автомодельной структуры пластического фронта ударных волн в конденсированных средах // Физ. мезомех. - 2004. - Т. 7: Спец. выпуск, Ч. 1. - С. 305-308.
Баяндин Ю.В., Наймарк О.Б., Уваров С.В. Численное моделирование откола, индуцированного мезодефектами при ударно-волновом нагружении металлов // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2010. - Т. 3, № 1. - С. 13-23. DOI
Bayandin Yu.V., Naimark O.B., Uvarov S.V. Numerical simulation of spall failure in metals under shock compression // AIP Conf. Proc. of the American Physical Society Topical Group on Shock Compression of Condensed Matter, Nashville, TN, 28 June - 3 July 2009. - V. 1195. - P. 1093-1096. DOI
Баяндин Ю.В., Костина А.А., Наймарк О.Б., Пантелеев И.А. Моделирование деформационного поведения ванадия при квазистатическом нагружении // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2012. - Т. 5, № 1. - С. 33-39. DOI
Наймарк О.Б., Баяндин Ю.В., Леонтьев В.А., Пантелеев И.А., Плехов О.А. Cтруктурно-скейлинговые переходы и некоторые термодинамические и кинетические эффекты в материалах в объемном субмикро- (нано-) кристаллическом состоянии // Физ. мезомех. - 2009. - Т. 12, № 4. - С. 47-60.
Наймарк О.Б., Баяндин Ю.В., Леонтьев В.А., Пермяков С.Л. О термодинамике структурно-скейлинговых переходов при пластической деформации твердых тел // Физ. мезомех. - 2005. - Т. 8, № 5. - С. 23-29.
Губский К.Л., Кузнецов А.А., Кузнецов А.П. Применение лазерного доплеровского измерителя скорости в экспериментах по ударно-волновому нагружению вещества: сб. науч. тр. / Научная сессия НИЯУ МИФИ - 2010, 25-31 января 2010. - М.: МИФИ, 2010. - Т. 4. - С. 196-199.
Баяндин Ю.В., Леонтьев В.А., Михайлов Е.В., Наймарк Д.О., Савиных А.С., Скакун С.Н. Экспериментальное исследование волновых фронтов и структурного скейлинга в меди после ударно-волнового нагружения // Физ. мезомех. - 2004. - Т. 7, № 2. - С. 59-63.
Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. - М.: Физматлит, 2008. - 656 с.
Гухман А.А. Об основаниях термодинамики. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 384 с.
Румер Ю.Б., Рывкин М.Ш. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. - Новосибирск: Изд-во НГУ, Сиб. унив. изд-во, 2001. - 608 с.
Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. - М.: Наука, 1989. - 432 с.
Мэтьюз Д.Г., Финк К.Д. Численные методы. Использование MATLAB. - М.: Вильямс, 2001. - 702 с.
Баяндин Ю.В., Наймарк О.Б., Уваров С.В. Структурно-скейлинговые переходы при динамических и ударно- волновых нагрузках в твердых телах // Физика экстремальных состояний вещества-2008. - Черноголовка, 2008. - С. 122-124.
Lennon A. PhD thesis of the Johns Hopkins University, 1998. - 319 p.
Tonks D.L. The DataShoP: а database of weak-shock constitutive data. - Los Alamos, New Mexico, 1991. - 135 p.
Волков И.А., Коротких Ю.Г., Тарасов И.С. Численное моделирование накопления повреждений при сложном пластическом деформировании // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2009. - Т. 2, № 1. - С. 5-18. DOI
Братов В.А. Численные модели динамики разрушения // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2009. - Т. 2, № 3. - С. 5-16. DOI
Бураго Н.Г. Моделирование разрушения упругопластических тел // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2008. - Т. 1, № 4. - С. 5-20. DOI
Кузькин В.А., Михалюк Д.С. Применение численного моделирования для идентификации параметров модели Джонсона-Кука при высокоскоростном деформировании алюминия // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2010. - Т. 3, № 1. - С. 32-43. DOI
Пантелеев И.А., Плехов О.А., Наймарк О.Б. Некоторые автомодельные закономерности развития поврежденности при квазихрупком разрушении твёрдых тел // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2011. - Т. 4, № 1. - С. 90-100. DOI
Баяндин Ю.В., Наймарк О.Б., Asay J.R. Численное моделирование и анализ автомодельной структуры ударных волн в алюминии // Физика экстремальных состояний вещества-2006. - Черноголовка, 2006. - С. 92-94
Канель Г.И., Разоренов С.В., Уткин А.В., Фортов В.Е. Экспериментальные профили ударных волн в конденсированных веществах. - М.: Физматлит, 2008. - 248 с.
###
Glusak B.L., Kuropatenko V.F., Novikov S.A. Issledovanie procnosti materialov pri dinamiceskih nagruzkah. - Novosibirsk: Nauka, 1992. - 294 s.
Kanel’ G.I., Razorenov S.V., Utkin A.V., Fortov V.E. Udarno-volnovye avlenia v kondensirovannyh sredah. - M.: Anus-K, 1996. - 408 s.
Krivcov A.M. Opisanie plasticeskih effektov pri molekularno-dinamiceskom modelirovanii otkol’nogo razrusenia // FTT. - 2004. - T. 46, Vyp. 6. - S. 1025-1030.
Indejcev D.A., Krivcov A.M., Tkacev P.V. Issledovanie metodom dinamiki castic vzaimosvazi mezdu otkol’noj procnost’u i skorost’u deformirovania tverdyh tel // DAN. - 2006. - T. 407, No 3. - S. 341-343.
Najmark O.B. Kollektivnye svojstva ansamblej defektov i nekotorye nelinejnye problemy plasticnosti i razrusenia //Fiz. mezomeh. - 2003. - T. 6, No 4. - S.45-72.
Baandin U.V., Najmark O.B. Eksperimental’noe i teoreticeskoe issledovanie avtomodel’noj struktury plasticeskogo fronta udarnyh voln v kondensirovannyh sredah // Fiz. mezomeh. - 2004. - T. 7: Spec. vypusk, C. 1. - S. 305-308.
Baandin U.V., Najmark O.B., Uvarov S.V. Cislennoe modelirovanie otkola, inducirovannogo mezodefektami pri udarno-volnovom nagruzenii metallov // Vycisl. meh. splos. sred. - 2010. - T. 3, No 1. - S. 13-23. DOI
Bayandin Yu.V., Naimark O.B., Uvarov S.V. Numerical simulation of spall failure in metals under shock compression // AIP Conf. Proc. of the American Physical Society Topical Group on Shock Compression of Condensed Matter, Nashville, TN, 28 June - 3 July 2009. - V. 1195. - P. 1093-1096. DOI
Baandin U.V., Kostina A.A., Najmark O.B., Panteleev I.A. Modelirovanie deformacionnogo povedenia vanadia pri kvazistaticeskom nagruzenii // Vycisl. meh. splos. sred. - 2012. - T. 5, No 1. - S. 33-39. DOI
Najmark O.B., Baandin U.V., Leont’ev V.A., Panteleev I.A., Plehov O.A. Ctrukturno-skejlingovye perehody i nekotorye termodinamiceskie i kineticeskie effekty v materialah v ob"emnom submikro- (nano-) kristalliceskom sostoanii // Fiz. mezomeh. - 2009. - T. 12, No 4. - S. 47-60.
Najmark O.B., Baandin U.V., Leont’ev V.A., Permakov S.L. O termodinamike strukturno-skejlingovyh perehodov pri plasticeskoj deformacii tverdyh tel // Fiz. mezomeh. - 2005. - T. 8, No 5. - S. 23-29.
Gubskij K.L., Kuznecov A.A., Kuznecov A.P. Primenenie lazernogo doplerovskogo izmeritela skorosti v eksperimentah po udarno-volnovomu nagruzeniu vesestva: sb. nauc. tr. / Naucnaa sessia NIAU MIFI - 2010, 25-31 anvara 2010. - M.: MIFI, 2010. - T. 4. - S. 196-199.
Baandin U.V., Leont’ev V.A., Mihajlov E.V., Najmark D.O., Savinyh A.S., Skakun S.N. Eksperimental’noe issledovanie volnovyh frontov i strukturnogo skejlinga v medi posle udarno-volnovogo nagruzenia // Fiz. mezomeh. - 2004. - T. 7, No 2. - S. 59-63.
Zel’dovic A.B., Rajzer U.P. Fizika udarnyh voln i vysokotemperaturnyh gidrodinamiceskih avlenij. - M.: Fizmatlit, 2008. - 656 s.
Guhman A.A. Ob osnovaniah termodinamiki. - M.: Energoatomizdat, 1986. - 384 s.
Rumer U.B., Ryvkin M.S. Termodinamika, statisticeskaa fizika i kinetika. - Novosibirsk: Izd-vo NGU, Sib. univ. izd-vo, 2001. - 608 s.
Samarskij A.A., Gulin A.V. Cislennye metody. - M.: Nauka, 1989. - 432 s.
Met’uz D.G., Fink K.D. Cislennye metody. Ispol’zovanie MATLAB. - M.: Vil’ams, 2001. - 702 s.
Baandin U.V., Najmark O.B., Uvarov S.V. Strukturno-skejlingovye perehody pri dinamiceskih i udarno- volnovyh nagruzkah v tverdyh telah // Fizika ekstremal’nyh sostoanij vesestva-2008. - Cernogolovka, 2008. - S. 122-124.
Lennon A. PhD thesis of the Johns Hopkins University, 1998. - 319 p.
Tonks D.L. The DataShoP: a database of weak-shock constitutive data. - Los Alamos, New Mexico, 1991. - 135 p.
Volkov I.A., Korotkih U.G., Tarasov I.S. Cislennoe modelirovanie nakoplenia povrezdenij pri sloznom plasticeskom deformirovanii // Vycisl. meh. splos. sred. - 2009. - T. 2, No 1. - S. 5-18. DOI
Bratov V.A. Cislennye modeli dinamiki razrusenia // Vycisl. meh. splos. sred. - 2009. - T. 2, No 3. - S. 5-16. DOI
Burago N.G. Modelirovanie razrusenia uprugoplasticeskih tel // Vycisl. meh. splos. sred. - 2008. - T. 1, No 4. - S. 5-20. DOI
Kuz’kin V.A., Mihaluk D.S. Primenenie cislennogo modelirovania dla identifikacii parametrov modeli Dzonsona-Kuka pri vysokoskorostnom deformirovanii aluminia // Vycisl. meh. splos. sred. - 2010. - T. 3, No 1. - S. 32-43. DOI
Panteleev I.A., Plehov O.A., Najmark O.B. Nekotorye avtomodel’nye zakonomernosti razvitia povrezdennosti pri kvazihrupkom razrusenii tverdyh tel // Vycisl. meh. splos. sred. - 2011. - T. 4, No 1. - S. 90-100. DOI
Baandin U.V., Najmark O.B., Asay J.R. Cislennoe modelirovanie i analiz avtomodel’noj struktury udarnyh voln v aluminii // Fizika ekstremal’nyh sostoanij vesestva-2006. - Cernogolovka, 2006. - S. 92-94
Kanel’ G.I., Razorenov S.V., Utkin A.V., Fortov V.E. Eksperimental’nye profili udarnyh voln v kondensirovannyh vesestvah. - M.: Fizmatlit, 2008. - 248 s.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2012 Computational Continuum Mechanics
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
