Введение к работе
При проектировании, эксплуатации различного оборудования часто тает вопрос о последствиях возможного разрушения элементов конст-кций. Частным случаем данной проблемы являются задачи о взрывном ісширении и разрушении толстостенных оболочек, которые являются туальными с точки зрения ряда важных технологических приложений и одолжают привлекать внимание достаточно широкого круга следователей.
Морфология разрушения толстостенных оболочек, нагружаемых рывом, изучена весьма слабо. Исключение составляют лишь аспекты, язанные с экспериментальным изучением образующегося осколочного ектра, достаточно подробно исследованные в работах Одинцова В.А., Ливанова В.В., Грязнова Е.Ф., Иванова А.Г., Райнхарта Д., Teylor G.I., AI-issany T.S. и других. Особенности задачи приводят к тому, что экспери-нтальному исследованию недоступны процессы формирования зон раз-шения, в связи с чем не существует единого мнения о последовательно-1 образования этих зон. Необходимость расширения представлений о эцессах, происходящих внутри стенок оболочки требует развития английских и численных подходов к решению данного класса задач. Отдель-е проблемы, связанные с разрушением оболочек, аналитически и чис-нно рассматривались в работах Одинцова В.А., Селиванова В. В., Чудова \., Колобановой Л.Е., Герасимова А.В., Люкшина Б.А. и других.
Сложность задач данного класса обусловлена тем, что по ряду при-
^ (высокая скорость деформаций, существенное влияние волновых про-
;сов на характер разрушения, относительно равномерное, вплоть до
мента разрушения, распределение деформаций по окружной координа-
результаты, полученные аналитически или с помощью численного мо-
чирования, становятся слишком чувствительными к выбору подхода к
ісанию разрушения. Положение усугубляет тот факт, что при решении
іач в трехмерной постановке, над чем сейчас работают большинство
.ледоватепей, достаточно полное описание разрушения невозможно без
иения ряда проблем, оставшихся почти незатронутыми даже в
'хмерной постановке. Знакомство с зарубежными коммерческими
іграммньїми комплексами (ANSYS, DINA-3D) подтверждает тот факт, что
і широкого использования применяются лишь упрощенные подходы к
санию разрушения, в частности, не позволяющие моделировать
цессы дробления.
В связи с этим, для научного обеспечения конструкторских И ИНЖІ нерных разработок создание новых и совершенствование существуют^ методик расчета разрушения при динамическом нагружении в настоящє время является актуальным.
Данная диссертационная работа посвящена численному исследов;
ч/нию задачи взрывного разрушения толстостенных оболочек в более обще
постановке, с введением ёГметодйку расчета вероятностного механизм
разрушения, алгоритма построения поверхностей разрушения при образе
вании трещин и учета контактного взаимодействия образовавшихся оског
ков.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с госбюджет ной темой 3.2.96ф «Исследование деформирования и разрушения мате риалов и конструкций в условиях интенсивного нагружения. Фундамеь тальное исследование», выполняемой по единому заказ-наряду в 1996 2000 г., хоздоговорной темой с секцией прикладных проблем при Презі/ диуме РАН, выполнявшейся в 1999-2000 г.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью настоящей работы являлись разработк, численного алгоритма и методики компьютерного моделировани: разрушения, сравнение методов, моделей и подходов к описании разрушения, применяемых при численном моделировании фрагментации Для достижения поставленной цели были сформулированы и решень следующие основные задачи:
-
В алгоритм расчета введен вероятностный механизм разрушения, по зволяющий описывать процессы дробления.
-
Разработана численная методика, базирующаяся на методе Уилкинсг для расчета внутренних точек и методеТЩонс^Шіргсгр^стетитхонгакг ных и свободных поверхностей, численный алгоритм и программа, опи сывающие построение поверхностей разрушения при расчете фрагментации.
-
Проведено сравнение подходов, применяемых для описания разрушения, на примере численного моделирования разрушения срезом толстого бруска.
-
В плоской двумерной постановке проведено численное параметрическое исследование дробления толстостенных цилиндрических оболочек при взрывном нагружении.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ заключается в следующем:
) Разработана компьютерная методика расчета и прогнозирования разрушения цилиндрических оболочек при взрывном нагружении в плоской двумерной постановке.
) Показано, что на осколочные спектры дисперсия начального распределения прочностных свойств влияет гораздо сильнее, чем его форма, что снижает требования, предъявляемые к закону распределения при его выборе для аналитических и численных расчетов.
) Показано, что в случае оболочек из хрупких материалов формирование зон разрушения полностью определяется волновыми эффектами.
I Показано, что варьированием глубины подрезки оболочки можно управлять параметрами осколочного спектра.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработан ал-іритм, использующий вероятностный фактор в сочетании с методом ло-ільной перестройки разностной сетки и позволяющий численно модели-эвать процессы фрагментации при высокоскоростном ударном и взрыв-)м нагружении.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ: Компьютерная методика расчета и прогнозирования вероятностного разрушения цилиндрических оболочек при взрывном нагружении в плоской двумерной постановке, базирующаяся на совместном использовании метода Уилкинса для расчета внутренних точек и метода Джонсона для расчета контактных и свободных поверхностей. Программный комплекс, автоматически разбивающий расчетную область произвольной формы на треугольные ячейки; алгоритм расчета, учитывающий возникновение новых контактных поверхностей при росте трещин и позволяющий описывать процессы дробления. Результаты численного параметрического исследования дробления толстостенных цилиндрических оболочек при взрывном нагружении. Определяющая роль волновых эффектов в формировании зон разрушения для оболочек из хрупких материалов. Игнорирование подобных эффектов уменьшает достоверность расчетов, полученных с использованием упрощающих допущений (мгновенная детонация, модель несжимаемой тонкой оболочки и т.д.).
ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ, полученных с помощью числен-эго моделирования, доказывается проведением тестовых расчетов и со-
поставлением с результатами других авторов и подтверждается согласо ванием с экспериментальными данными.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационноі работы представлялись на: Международной конференции «Всесибирские чтения по математике и механике» (г. Томск, 1997), III Сибирском конгресс* по прикладной и индустриальной математике (г. Новосибирск, 1998), Все российской конференции «Современные методы проектирования и отра ботки ракетно-артиллерийского вооружения» (РФЯЦ-ВНИИ ЭФ, г. Сэров Арзамас-16, 1998), Всероссийской научно-технической конференции моло-дежи «Механика летательных аппаратов и современные материалы» (г Томск., 1998), Конференции молодых ученых «Физическая мезомеханикг материалов» (г. Томск, 1998), XXXVII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (г. Новосибирск, 1999), Всероссийской научной конференции молодых учены* «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (г. Томск., 1999), 16-ой Межреспубликанской конференции по численным методам решения задач теории упругости и пластичности (ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск, 1999), 3-ей международной конференции по внутрикамерным процессам и горению в установках на твердом топливе и ствольных системах (ICOC 99, г. Ижевск, 1999), Всероссийской конференция «Современные проблемы механики» (г. Москва, 1999), XXII Симпозиуме по горению и взрыву (г. Черноголовка, 2000), Internationa! Conference «Shock waves in condensed matter» (St.-Petersburg, 2000).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертационной темы опубликовано
13 работ, в том числе 9 докладов и тезисов докладов.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из Введения, четырех глав, Заключения и списка литературы. Работа содержит 120 страниц основного текста с рисунками, список литературы из 124 наименований.
