Снайперская винтовка в помощь: как разработать модель разрушения неоднородного материала
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Нуклеосомы — основные «катушки» упаковки ДНК — почти всегда находятся в искаженном состоянии, а не в аккуратной и стабильной форме, как считалось десятилетиями. Именно через такие микроскопические изменения, как выяснили ученые, клетка регулирует работу генов — а значит, управляет развитием, реакцией на внешние раздражители и даже возникновением болезней.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно