ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ ОБРАЩЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА К ИССЛЕДОВАНИЮ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВНЕДРЕНИЮ КОНИЧЕСКОГО УДАРНИКА В ЗАМОРОЖЕННЫЙ ПЕСОК

Аннотация

Проводится численный анализ применимости методики обращенного эксперимента к определению силы сопротивления внедрению конического ударника в мерзлый песчаный грунт при температуре -18 °С. Состояние образца грунта до замораживания характеризуется практически полным водонасыщением. Поведение грунта при деформировании описывается в рамках модели сжимаемой упругопластической среды с условием пластичности, зависящим от давления. Динамическая диаграмма сжимаемости мерзлого грунта содержит начальный линейно-упругий участок. Скорость удара и проникания варьируется в ходе расчетов от 150 до 300 м/с, диаметр основания конуса 10, 12 и 20 мм. Геометрия расчетной области определяется размерами контейнера, используемого в обращенном эксперименте. Деформирование контейнера в расчетах не учитывается, действие стенок контейнера моделируется двумя вариантами задания граничных условий: свободная поверхность (отсутствие стенок) и условие непроницаемости по нормали и свободное проскальзывание в касательном направлении. Численные расчеты процесса проникания конического ударника по нормали к свободной поверхности осуществляются в осесимметричной постановке с применением пакета программ «Динамика-2» и в трехмерной постановке в рамках программного продукта LS-DYNA. Проведен анализ влияния волн, отраженных от стенок контейнера, на силу сопротивления внедрению ударника в мерзлый грунт. В качестве меры влияния выбрана разность максимальных значений силы сопротивления внедрению, полученных при численных расчетах с двумя вариантами краевых условий. Показано, что для конических ударников с диаметрами основания 10 и 12 мм ошибка определения силы сопротивления внедрению вследствие отражений волн от стенок контейнера уменьшается с ростом скорости и при скоростях более 150 м/с не превышает 10%. Для ударника с диаметром основания 20 мм ошибка 15% достигается при скоростях свыше 300 м/с.

Ключевые слова: обращенный эксперимент, конический ударник, замороженный песок, динамическая диаграмма сжимаемости.