Динамика разрушения преград и конструкций при высокоскоростном внедрении техногенных тел 

И.Е. Хорев (Томск)

В докладе анализируются результаты комплексного экспериментально - теоретического изучения разрушения преград и конструкций в сложной проблеме пространственного соударения твердых тел. Компьютерное моделирование проникающей и пробивной способности различных осколков проводилось модифицированным методом конечных элементов. В общем случае используемая модель динамического взаимодействия различных тел с конструкционными материалами описывается сжимаемой упругопластической средой. Поведение данной среды при ударных нагрузках характеризуется модулем сдвига, динамическим пределом текучести и константами кинетической модели разрушения, описывающей зарождение, рост и эволюцию микроповреждений, которые непрерывно изменяют локальные свойства материала и вызывают релаксацию напряжений. Компьютерным моделированием установлено и экспериментами подтверждено, что в случае проникания высокопрочных осколков наиболее эффективной защитой является монолитная преграда, обеспечивающая максимальное сопротивление внедряющемуся телу по сравнению с любой эквивалентной по весу разнесенной конструкцией. В случае проникания компактных деформирующихся осколков в монолитные эквивалентные и разнесенные конструкции показано, что наиболее эффективной защитой выступает двухпреградная разнесенная мишень. Это связано с тем, что разрушение первой и второй пластины происходит по существенно различным кинетическим механизмам. Аналогично установлено и выяснено, что в случае проникания в мишень деформирующегося осколка (стержня) с удлинением порядка 10 (отношения длины ударника к диаметру) наиболее стойкой выступает трехпреградная разнесенная конструкция по сравнению с монолитной и любой другой разнесенной. Обнаружено, что для стержней большого удлинения (порядка 20 и более) возникают новые физические особенности в процессе проникания в мишени, вызванных потерей продольной устойчивости таких осколков, что резко снижает их проникающую и пробивную способность. Обнаружено наличие критических удлинений стержневых ударников в зависимости от скорости встречи, при которых стержень теряет продольную устойчивость в процессе проникания. При ударе под углом осколков обнаружены особенности разрушения тыльной поверхности преград и шрапнельное действие фрагментов откольного эллипса на запреградную область. Предложены методы существенного ослабления шрапнельного эффекта в конструкциях, подверженных высокоскоростному прониканию техногенных тел.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 00-01-00766).