МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДОМ ДИСКРЕТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОЦЕССА ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГРАНУЛИРОВАННОЙ СРЕДЫ И СТЕРЖНЯ С ПОЛУСФЕРИЧЕСКИМ ОГОЛОВКОМ

Аннотация

Численно моделируется задача высокоскоростного ударного взаимодействия недеформируемого полусферического тела с гранулированной средой, представляющей собой плотную упаковку из стальных шариков. Гранулированная среда рассматривается как совокупность отдельных частиц, движение и деформация которых описывается с использованием бессеточного численного метода дискретных элементов. Этот метод использует представление моделируемого материала в виде совокупности отдельных частиц, являющихся твердыми телами и имеющих заданный набор упругих констант. Такой подход позволяет более эффективно моделировать процессы, сопровождаемые большими деформациями и нарушениями сплошности среды, нежели при использовании сеточных методов. Описываются основные принципы численного метода дискретных элементов, получившего широкое применение в последние годы благодаря развитию компьютерных технологий. Приводится пример расчета контактной силы взаимодействия двух упругих шаров в приближении малых деформаций путем ее разложения на нормальную и тангенциальную составляющие. В простейшем приближении эта сила определяется законом Гука, в котором деформация шаров рассматривается как их пространственное пересечение. Дается общее описание численной модели и методики расчета. Приводятся результаты моделирования процесса нормального высокоскоростного ударного взаимодействия жесткого стержня с полусферическим оголовком с деформируемой гранулированной средой, состоящей из стальных сферических шариков, с учетом сил трения. Дается оценка сил контактного воздействия со стороны дискретной среды на твердотельную полусферу. Результаты численных исследований сравниваются с экспериментальными данными, полученными при проведении обращенного эксперимента, при котором упаковка из стальных шариков металась на неподвижный стержень.