• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
17.07.2024
Unitsky String Technologies Inc.
6
477

Снайперская винтовка в помощь: как разработать модель разрушения неоднородного материала

4.5

Создание нового продукта требует тщательной проверки свойств его конструктивных элементов. Сократить и удешевить этот долгий и трудоемкий процесс поможет компьютерное моделирование. Сегодня в блоге мы расскажем, как белорусские ученые разработали компьютерную модель разрушения неоднородного материала – в нашем случае бетона, который широко применяется при строительстве транспортно-инфраструктурных комплексов uST.

Железобетонная анкерная опора в Центре испытаний и сертификации uSky в Шардже (ОАЭ) / © Unitsky String Technologies Inc.

Выбор метода расчета

Моделирование динамического разрушения бетонных строительных конструкций относится к нелинейным задачам со сложными контактными взаимодействиями. Для их решения с использованием пакета конечно-элементного анализа ANSYS/LS-DYNA могут применяться следующие методы:

• Эйлера;
• сеточный Лагранжа;
• дискретных элементов (DEM);
• Галеркина (EFG);
• сглаженных частиц Галеркина (SPG);
• произвольная постановка Лагранжа – Эйлера (ALE);
• бессеточный метод сглаженных частиц (SPH).

Для проведения вычислительных экспериментов использовался комбинированный способ явного моделирования, включающий в себя два из перечисленных методов: сеточный Лагранжа и бессеточный метод сглаженных частиц. Метод Лагранжа является наиболее точным и эффективным. Метод сглаженных частиц более требователен к машинным ресурсам, имеет меньшую стабильность по сходимости при растяжении материала, но в то же время позволяет выполнять расчет с большими деформациями при сохранении преимуществ Лагранжевого подхода.

Зачем ученым снайперская винтовка Драгунова?

Перед разработчиками комплекса стояла задача создать бетонную строительную конструкцию, способную противостоять огню из стрелкового переносного оружия, в том числе бронебойным боеприпасом. Исходя из этого, для испытаний была выбрана снайперская винтовка Драгунова (СВД).

Снайперская винтовка Драгунова (СВД) / © Vitaly V. Kuzmin, wikipedia.org

Огонь велся бронебойными патронами Б-32 со стальным термоупрочненным сердечником (дульная энергия около 4000 Дж). Выбор бронебойных боеприпасов был обусловлен их высокой пробивной способностью, а значит, и большей угрозой для строительных конструкций.

Ход эксперимента

Для описания нелинейного поведения бетона в условиях больших скоростей деформации и давления была выбрана модель Karagozian&Case, так как она учитывает скорость деформации при динамическом нагружении и включает в себя механизм разрушения.

Анкерная опора из железобетона в ЭкоТехноПарке в Марьиной Горке (Беларусь) / © Unitsky String Technologies Inc.

Для описания поведения пули и ее частей после столкновения с преградой использовалась модифицированная модель Джонсона – Кука.

Бетонные блоки для эксперимента с прочностью на сжатие 40 МПа были изготовлены из портландцемента ЦЕМ I 42,5Н, карьерного песка, воды и гранитного щебня с фракцией 15–20 мм. Чтобы бетонные блоки приобрели требуемую прочность, их выдерживали 28 дней.

Бетонный блок после двух выстрелов / © Unitsky String Technologies Inc.

Для уменьшения влияния краевых эффектов стрельба велась по области в форме равностороннего треугольника со сторонами 125 мм, а отступ от края образца составлял не менее 100 мм.

Бетонный блок после трех выстрелов / © Unitsky String Technologies Inc.

При каждом выстреле фиксировались состояние и характер разрушения образца, глубина проникновения пули в образец и размеры отколотых частей на его лицевой стороне.

Результаты

Научная цель эксперимента состояла в том, чтобы разработать и внедрить методику компьютерного моделирования пулестойкой защиты строительных конструкций uST.

Практическая цель – разработать и использовать строительные конструкции uST, способные противостоять выстрелу из ручного переносного стрелкового оружия крупного калибра, и убедиться в их надежности экспериментальным путем.

Обратная сторона бетонного блока после обстрела / © Unitsky String Technologies Inc.

Бетонный блок должен был выдержать выстрел из стрелкового оружия без сквозного пробития, сохранив свою целостность и основные конструктивные характеристики для дальнейшей эксплуатации, что и произошло.

Полученные в результате натурного эксперимента данные о разрушении бетонного блока были использованы для верификации разработанной расчетной модели.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Международная инжиниринговая компания, которая разрабатывает, проектирует, тестирует и эксплуатирует транспортно-инфраструктурные комплексы в эстакадном исполнении. Головной офис компании находится в Минске. UST Inc. располагает двумя демонстрационно-испытательными центрами – в Беларуси и Объединённых Арабских Эмиратах, производственным комплексом и конструкторскими бюро. Компания аккредитована в качестве научной организации в Национальной академии наук Беларуси и Государственном комитете по науке и технологиям, получила более 200 международных патентов на изобретения, промышленные образцы, товарные знаки.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 19:20
Березин Александр

Западные колонии финикийцев включали сильнейшую морскую державу древнего Средиземноморья — Карфаген. Его жители использовали финикийский язык и поклонялись соответствующим богам. Теперь генетики заявили, что практически все эти люди — не потомки финикийских колонистов. Происхождение их в связи с этим довольно загадочно.

Вчера, 21:01
Юлия Трепалина

В прошлых исследованиях о скулшутинге в Соединенных Штатах некоторые эксперты называли основной причиной случаев массовой стрельбы в учебных заведениях наличие большого количества легальных «стволов» на руках у людей. Но в подобных работах редко систематически анализировали роль огнестрельного оружия в жизни школьных стрелков. По мнению профессора социологии Энн Нассауер из Эрфуртского университета (Германия), эта деталь роднит большинство совершавших такого рода нападения в США.

Вчера, 14:46
Юлия Трепалина

Многие, наверное, слышали фразу «Между ними возникла „химия“». Поясняя смысл выражения, часто говорят, что любовная химия между мужчиной и женщиной — это нечто сложное и с трудом поддающееся определению. Однако ученые не любят такой неясности, поскольку она мешает исследовать явление. Недавно группа психологов с помощью опроса выяснила основные компоненты взаимного влечения в паре, которое принято называть романтической, или любовной, химией.

20 апреля
Полина Меньшова

Распространено мнение, что, чем чаще пара занимается сексом, тем сильнее каждый из партнеров доволен отношениями. Международная команда исследователей проверила этот тезис.

18 апреля
Игорь Байдов

В 2006 году исследователи из Великобритании объявили, что легендарный антикитерский механизм, древнегреческий «компьютер», мог быть всего лишь игрушкой для демонстрации астрономических явлений. Авторы нового исследования подтвердили это, построив математическую модель на основе данных своих коллег, которая показала, что шестерни устройства заклинивало при запуске. Но несмотря на полученные результаты, ученые пытаются спасти репутацию древнего чуда техники, обвинив предыдущую команду в ряде ошибок.

18 апреля
Любовь

Примерно 41-42 тысячи лет назад на Земле произошел кратковременный сдвиг магнитных полюсов, который мог способствовать вымиранию неандертальцев, но не Homo sapiens — их выживание авторы нового исследования связали с появлением теплой одежды и добычей охры.

8 апреля
Березин Александр

До 13 тысяч лет назад в Северной Америке жил вид, который ученые до недавнего времени считали волком. Компания Colossal Biosciences объявила о возрождении этого вымершего вида, но биологические детали ставят ее заявление под серьезное сомнение.

2 апреля
Березин Александр

Известный американский отраслевой обозреватель Эрик Бергер взял интервью у экипажа космического корабля Boeing, из-за технических проблем которого два астронавта задержались на орбите на девять месяцев вместо одной недели. Детали, которые они озвучили, указывают на серьезные проблемы Starliner, о которых ранее умалчивали. Люди провели немало времени при глубоко нештатной температуре. При слегка другом сценарии миссии экипаж корабля мог погибнуть. Официальные заявления NASA и Boeing сразу после июньского полета к МКС, судя по интервью, были заведомо неправдивыми.

16 апреля
Андрей

Многие знают, как популярны сувениры из окаменелостей — зубы древних акул или полированные панцири аммонитов. Но чем реже встречаются такие артефакты, тем они ценнее, то есть на них можно много заработать. И это проблема для палеонтологов. Американский специалист по тираннозаврам оценил ущерб, который нанесла коммерческая добыча костей T. rex и подсчитал среднюю цену таких образцов. Оказалось, больше половины найденных тирексов находится в частных руках, а значит, для науки они недоступны или ненадежны.

[miniorange_social_login]

Комментарии

6 Комментариев
Omar Abibi
22.07.2024
-
0
+
/Практическая цель – разработать и использовать строительные конструкции uST, способные противостоять выстрелу из ручного переносного стрелкового оружия крупного калибра/ Когда речь идёт о крупном калибре, каким боком тут СВД? У неё армейский винтовочный патрон, и, при всём уважении к её истории и "родителю", сама она на сегодняшний день имеет статус посредственной марксманской винтовки для работы по живой силе, максимум - лёгкой технике, но уж точно не по укреплениям. Крупный калибр - ОСВ-96, Корд, и прочее с 12.7, где дульная энергия может достигать 18 тысяч (!) джоулей. Понимаете, что по сравнению с этим попадание из СВД - просто шлепок? ) Окей, факап с калибром проехали, дальше больше - а смысл испытывать бетон на прочности отдельно от всего остального, входящего в состав путевой структуры? У вас по технологии натянутый пучок тросов в оболочке из преднапряженного бетона с то ли сварной, то ли болчёной головкой рельса. Воссоздать "боевой" отрезок струнного рельса, и убедиться, что этот напряженный бутерброд не лопнет от точечного попадания хотя бы винтовочного бронебойного патрона, обеспечив релевантность и чистоту эксперимента - не, не слышали. Ну и самое главное - а в какой реальности путевую структуру будут обстреливать стрелковым оружием? Предположим, нужно вывести из строя струнный путь снабжения. Если будет возможность подобраться вплотную - используют взрывпакет на опору, не будет - воспользуются ПТУРом или дроном. Опять же, релевантнее было бы подвергнуть имитационный отрезок струнного пути хаотичному обстрелу из винтовочных калибров (5,45-7,62) с разных дистанций, имитировать воздействие осколков, шрапнели, взрывной волны минометных, артиллерийских калибров, попадание беспилотника в конце концов. Вот это уже будет похоже на испытания сопротивления реальной возможной угрозе. А боец с винтовкой на небезопасном рубеже около километра, перебивающий пулями струнный рельс - это в боевики категории Б ) В общем, эксперимент ради эксперимента.
    -
    -1
    +
    Omar, не соглашусь с вами. Комплексы uST – это не фортификационные сооружения или укрепления, поэтому к ним не предъявляются требования защиты от мин, взрывчатки, дронов, шрапнели, ПТУР и т.п. А вот случайное попадание пули из стрелкового орудия – более вероятно. Поэтому винтовочный калибр вполне уместен для данных расчётов. Наверняка бы инженеры с удовольствием провели эксперимент с крупнокалиберным бронебойным орудием или кумулятивным зарядом, но в Беларуси такие возможности для гражданских организаций не предоставляются. Что касается отдельных блоков бетона, а не целых конструкций, то здесь причина экономическая. Все расчёты выполняются на этапе разработки. А верификация выполняется для отдельных фрагментов модели: отдельно проводятся испытания пробития бетона, металла, стекла и прочих элементов конструкции. Разрушать целую конструкции очень и очень дорого.
    +
      ещё комментарии
      Omar Abibi
      31.08.2024
      -
      0
      +
      Макс, во-первых - как раз-таки современные реалии демонстрируют, что поражение от ВУ с любого носителя гораздо вероятнее, чем случайное попадание пули стрелкового калибра. Кроме того, действующая путевая структура есть потенциальная линия снабжения, которая будет поражаться именно что взрывчаткой, причём прицельно. во-вторых - не путайте гражданские строительные сооружения с фортификационными, для поражения которых применяется бетонобойная номенклатура. в-третьих - плз, не надо затирать про "не предоставляется". Есть стрелковые организации и есть минобороны. Для организации, аккредитованной в НАН Беларуси, заключить договор на испытание любой доступной номенклатурой вооружения более чем возможно. А ещё UST вроде как международная компания, и может выбрать себе локацию для испытаний по душе/потребностям/карману. в-пятых - ещё раз повторяю, провести испытания отдельно для каждого элемента путевой структуры и скомпилировать их результаты != результату для готового смонтированного изделия из композита этих элементов. И если такое удовольствие не по карману компании, то испытание на отдельном компоненте - выброшенные на ветер деньги. Так что на данный момент это больше похоже на испытания прочностных свойств бетона/создание матмодели для стороннего заказчика, чем для собственных нужд, ибо, снова повторюсь - релевантность изолированных испытаний сомнительна.
    -
    0
    +
    Omar, Маску можно стрелять по своим кибертрюкам из всякого-разного, а юнитские хуже что ли 😁 Понятно что там тоже MP5-SD взяли, а не АКС-74У или хотя бы ПП-2000 😉 https://auto.ru/mag/article/puleneprobivaemost-tesla-cybertruck-proverili-tremya-vidami-oruzhiya-vsyo-podtverdilos/?utm_referrer=https%3A%2F%2Fauto.ru%2F
PotatOS gladosovich
17.07.2024
-
1
+
Наверное многие пытались разглядеть на фотографиях треугольник, но в итоге плюнули и сказали, хрен с ним с этим прозаиком. А ведь наука стремится быть максимально точной и если махать рукой на ошибки далеко можно пойти
    Omar Abibi
    22.07.2024
    -
    0
    +
    PotatOS, справедливости ради, речь тут идёт о том, что на квадратном блоке выбрали область в виде треугольника, по вершинам которого вели огонь. Но и тут есть недочёт - требующая точности наука не забыла бы указать дистанцию стрельбы, это важный момент. Судя по фото, стреляли на закрытом стрельбище на дистанции 10-20 метров.
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно