ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО ДИНАМИЧЕСКОГО И СТАТИЧЕСКОГО СЖАТИЯ ПАКЕТОВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕТЕНЫХ СЕТОК

А. В. Кочетков Коchetkov; Н. В. Леонтьев Leontyev; И. А. Модин Моdin; Е. Ю. Повереннов Poverennov

doi:10.32326/1814-9146-2018-80-4-533-542

А. В. Кочетков Коchetkov Научно-исследовательский институт механики Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация
Н. В. Леонтьев Leontyev Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация
И. А. Модин Моdin Научно-исследовательский институт механики Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация
Е. Ю. Повереннов Poverennov АО «ОКБМ Африкантов», Нижний Новгород, Российская Федерация

DOI: https://doi.org/10.32326/1814-9146-2018-80-4-533-542

Ключевые слова: плетеные сетки, упругопластическое сжатие, эксперимент, численное моделирование, статика, динамика, трехмерная задача

Аннотация

Многослойные пакеты из металлических сеток используются для защиты корпусов взрывных камер и других конструкций от осколочного повреждения и импульсных воздействий. Пакет сеток формируется, как правило, путем наложения слоев друг на друга с сохранением направлений проволок, поэтому многослойный пакет можно считать высокопористым деформируемым элементом конструкции, обладающим ортотропными свойствами. Ранее в результате экспериментальных исследований были получены кривые деформирования пористых пакетов плетеной сетки при динамическом и статическом сжатии по нормали к слою. С целью выявления факторов, вызывающих отличия динамических и статических кривых деформирования, проведено численное моделирование сжатия по нормали симметричного фрагмента пакета из плетеных сеток при статическом и динамическом режимах нагружения, наблюдаемых в экспериментальных исследованиях. Численное моделирование трехмерных процессов упругопластического деформирования фрагмента плетеной стальной сетки с учетом контактного взаимодействия проволок проводилось в вычислительных системах ANSYS и ANSYS LS-DYNA методом конечных элементов. Расчетная область состояла из четырех трехмерных цилиндрических тел. Сжатие проводилось парой абсолютно жестких пластин, движущихся симметрично навстречу друг другу. Для описания поведения проволок использовалась модель пластичности с изотропным упрочнением. Для получения достоверных результатов расчетов была экспериментально получена статическая диаграмма деформирования стали, из которой изготовлена сетка. Изучалось влияние ограниченности во времени действия нагружающего импульса и влияние отличия статических и динамических диаграмм деформирования материала, из которого изготовлена сетка. Показано, что основное влияние на динамическое поведение фрагмента пористого пакета стальной сетки оказывают динамические свойства материала проволок, то есть отличие динамической диаграммы деформирования от статической. Конечная длительность нагружающего импульса и трение между проволоками для данного вида сеток существенного влияния не оказывают.

Литература

1. Hermann W. Constitutive equation for the dynamic compaction of ductile porous materials. J. Appl. Phys. 1969. Vol. 40. No 6. P. 2490-2499.
2. Gelfand B.E., Silnikov M.V. Fugasnye effekty vzryvov [Explosive Effects of Explosions]. Saint-Petersburg. Poligon Publ. 2002. 272 p. (In Russian).
3. Gelfand B.E., Gubanov A.V., Timofeev E.I. Interaction of shock waves in air with a porous screen. Fluid Dynamics. 1983. Vol. 18. No 4. P. 561-566.
4. Gelfand B.E., Medvedev S.P., Polenov A.N., Frolov S.M. Transmission of a shock load by bulk media. J. Appl. Mech. Tech. Phys. 1988. Vol. 29. Iss. 2. P. 268-273.
5. Britan A., Ben-Dor G., Igra O., Shapiro H. Shock waves attenuation by granular filters. Int. J. Multiph. Flow. 2001. Vol. 27. Iss. 4. P. 617-634.
6. Britan А., Ben-Dor G. Shock tube study of the dynamical behavior of granular materials. Int. J. Multiph. Flow. 2006. Vol. 32 Iss. 5. P. 623-642.
7. Britan А., Ben-Dor G., Igra O., Shapiro H. Development of a general approach for predicting the pressure fields of unsteady gas flows through granular media. J. Appl. Phys. 2006. Vol. 99. Iss. 9. Doi.org/10.1063/1.2197028.
8. Konstantinov A.Yu., Kochetkov A.V., Krylov S.V., Smirnov I.V. Simulation the dynamics of a composite cylindrical shell with a gas-permeable layer under the internal impulse loading. Materials physics and mechanics. 2016. Vol. 28. No 1/2. P. 39-42.
9. Kruglikov B.S., Kutushev A.G. Attenuation of shock waves by shielding grids. Combustion, Explosion and Shock Waves. 1988. Vol. 24. Iss 1. P. 106-109.
10. Abakumov A.I., Zaikin S.N., Maltsev V.Yu. et al. Chislennaya model deformirovaniya protivooskolochnoy setki pri vzryvnom nagruzhenii [Numerical model of deformation of anti-shatter net under explosive loading]. Trudy VNIIEF. Matematicheskoe modelirovanie fizicheskikh protsessov [Works RFNC. Mathematical Modeling of Physical Processes]. 2006. No 10. P. 16-30 (In Russian).
11. Abuzyarov M.Kh., Glazova E.G., Kochetkov A.V., Krylov S.V., Romanov V.I. Syrunin M.A. Modelirovanie vzaimodeystviya udarnykh voln s deformiruemymi gazopronitsaemymi pregradami [Modeling of the interaction of shock waves with deformable gas-permeable obstacles]. Problemy prochnosti i plastichnosti [Problems of Strength and Plasticity]. 2010. Iss. 72. P. 120-129 (In Russian).
12. Glazova E.G., Konstantinov A.Yu., Kochetkov A.V., Krylov S.V. Explosive loading of deformable gas-permeable axisymmetric structural elements. J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2016. Vol. 57. Iss. 5. P. 866-872. DOI: 10.15372 / PMTF20160513.
13. Gorokhov A.N., Kazakov D.A., Kochetkov A.V., Modin I.A., Romanov V.I. Issledovanie deformatsionnykh svoystv paketov pletenykh metallicheskikh setok pri kvazistaticheskom szhatii i rastyazhenii [Investigating deformational properties of packages of woven metallic grids loaded in quasistatic compression and tension.]. Problemy prochnosti i plastichnosti [Problems of Strength and Plasticity]. 2014. Vol. 76. No 3. P. 251-254 (In Russian).
14. Kochetkov A.V., Leontyev N.V., Modin I.A. Eksperimentalno-chislennoe issledovanie deformirovaniya metallicheskikh pletenykh setok pri kvazistaticheskom nagruzhenii [The experimental-numerical analisis of deformation of metallic woven grids under quasi-static loading]. Problemy prochnosti i plastichnosti [Problems of Strength and Plasticity]. 2017. Vol. 79. No 1. P. 104-117 (In Russian).
15. Bragov A.M., Zhegalov D.V., Konstantinov A.Yu., Kochetkov A.V., Modin I.A., Savikhin A.O. Eksperimentalnoe issledovanie deformatsionnykh svoystv paketov pletenykh metallicheskikh setok pri dinamicheskom i kvazistaticheskom nagruzhenii [Experimental study of deformation properties of a package of woven metal mesh under dynamic and quasi-static stressing]. Vestnik PNIPU. Mekhanika [PNRPU Mechanics Bulletin]. 2016. No 3. P. 252-262. DOI: 10.15593/perm.mech/2016.3.17 (In Russian).
16. Kochetkov A.V., Leontyev N.V., Modin I.A., Savikhin A.O. Issledovanie deformatsionnykh i prochnostnykh svoystv metallicheskikh pletenykh setok [Study of the stress-strain and strength properties of the metal woven grids]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika [Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics]. 2018. No 52. P. 53-62. DOI: 10.17223/19988621/52/6 (In Russian).
17. Xiao Lijun, Song Weidong. Additively-manufactured functionally graded Ti-6Al-4V lattice structures with high strength under static and dynamic loading: Experiments. Int. J. Impact Eng. 2018. No 111. P. 255-272.
18. Bragov A.M., Lomunov A.K. Methodological aspects of studying dynamic material properties using the Kolsky method. Int. J. Impact Eng. 1995. Vol. 16. No 2. P. 321-330.
19. Bragov A.M., Konstantinov A.Yu., Kochetkov A.V., Modin I.A., Savikhin A.O. Eksperimen-talnoe issledovanie deformatsionnykh svoystv nasypnogo sloya pri dinamicheskom i kvazistaticheskom nagruzhenii [Experimental study of deformation properties of a bulk layer from plumbum balls under dynamic and quasistatic loading]. Vestnik PNIPU. Mekhanika [PNRPU Mechanics Bulletin]. 2017. No 4. P. 16-27. DOI: 10.15593/perm.mech/2017.4.02 (In Russian).
20. Bragov A.M., Lomunov A.K. Ispolzovanie metoda Kolskogo dlya issledovaniya protsessov vysokoskorostnogo deformirovaniya materialov razlichnoy fizicheskoy prirody [Using the Kolsky Method to Study the Processes of High-speed Deformation of Materials of Different Physical Nature]. Nizhny Novgorod. UNN Publ. 2017. 148 p. (In Russian).
21. Merzhievsky L.A., Paletsky A.V. Raschet diagramm dinamicheskogo deformirovaniya materialov i splavov [Calculations for diagrams of dynamic deformation of metals and alloys]. Fizicheskaya mezomekhanika [Physical Mesomechanics]. 2001. Vol. 4. No 3. P. 85- 96 (In Russian).