• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
17.07.2024, 12:47
Unitsky String Technologies Inc.
6
479

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.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
18 июля, 12:44
ПНИПУ

Борщевик занимает почти 300 тысяч гектаров в 39 регионах России. Известно о 12 нижегородцах, восьми петербуржцах и двух москвичах, пострадавших от вредителя этим летом. У некоторых ожоги составляют от 30 до 80% тела. На этой неделе Госдума приняла закон и обязала землевладельцев бороться с этим опасным растением. Но, помимо борщевика, есть и другие часто встречающиеся и почти настолько же токсичные представители флоры, о которых мы почти ничего не знаем. Ученые Пермского Политеха рассказали, можно ли прикасаться к борщевику ночью, как безобидный ландыш может привести к летальному исходу, а чистотел к отказу почек, и что будет если съесть мед, собранный с ядовитых растений.

17 июля, 18:11
Юлия Тарасова

Новое исследование показало, что реакция псов на объекты и звуки с ТВ-экранов варьируется в зависимости от характера и психологических особенностей питомцев. По мнению специалистов, знание этих деталей может пригодиться при разработке коррекционных программ для собак с проблемным поведением.

17 июля, 08:40
Игорь Байдов

Используя образцы, собранные миссией «Чанъэ-5», китайские ученые нашли способ извлекать воду из лунного грунта и перерабатывать выдыхаемый астронавтами углекислый газ. Это делается за счет небольшого устройства, работающего на солнечной энергии. Авторы нового исследования уверены: в будущем их прибор сможет обеспечить лунные поселения водой, кислородом и топливом.

12 июля, 22:10
Редакция Naked Science

Лето 2025 обещает насыщенную линейку научно-фантастических сериалов на ведущих стриминговых платформах. От адаптаций культовых романов до масштабных космических одиссей — мы отобрали проекты, на которые стоит обратить внимание.

18 июля, 12:44
ПНИПУ

Борщевик занимает почти 300 тысяч гектаров в 39 регионах России. Известно о 12 нижегородцах, восьми петербуржцах и двух москвичах, пострадавших от вредителя этим летом. У некоторых ожоги составляют от 30 до 80% тела. На этой неделе Госдума приняла закон и обязала землевладельцев бороться с этим опасным растением. Но, помимо борщевика, есть и другие часто встречающиеся и почти настолько же токсичные представители флоры, о которых мы почти ничего не знаем. Ученые Пермского Политеха рассказали, можно ли прикасаться к борщевику ночью, как безобидный ландыш может привести к летальному исходу, а чистотел к отказу почек, и что будет если съесть мед, собранный с ядовитых растений.

15 июля, 12:45
ПНИПУ

В условиях отсутствия связи (шахты, горы, тайга) критически важна надежная передача данных. Ученые Пермского Политеха разработали цифровую радиостанцию, устойчивую к помехам и физическим препятствиям, включая бетонные стены. Устройство передает данные в двух сетях MANET одновременно, обеспечивая скорость до 300 кбит/с (низкоскоростной канал) и 54 Мбит/с (высокоскоростной). Рация работает как ретранслятор и узел сети, что делает ее незаменимой для спасателей, промышленности и туристов. Ключевые преимущества разработки: помехоустойчивость, дальность связи до 30 километров и работа при -25°C до +55 градусов Цельсия.

25 июня, 15:19
ФизТех

Группа российских ученых из Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН и МФТИ провела детальное численное исследование источников шума, генерируемых крылом прототипа сверхзвукового бизнес-джета в режиме посадки. Эта работа, сочетающая передовые методы вычислительной гидродинамики и аэроакустики, впервые позволила с высокой точностью локализовать и охарактеризовать основные зоны шумообразования вблизи полноразмерной геометрии крыла модели прототипа сверхзвукового пассажирского самолета в посадочной конфигурации.

2 июля, 11:17
Юлия Тарасова

Результаты эксперимента в США в будущем могут позволить добиться разрешения на использование отработанной конопли в качестве кормовой добавки в животноводстве.

12 июля, 22:10
Редакция Naked Science

Лето 2025 обещает насыщенную линейку научно-фантастических сериалов на ведущих стриминговых платформах. От адаптаций культовых романов до масштабных космических одиссей — мы отобрали проекты, на которые стоит обратить внимание.

[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
Закрыть
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