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 создали математическую модель, которая показала вероятную гибель древнего спутника Венеры из-за гравитационных сил. Теоретическое исследование предлагает один из сценариев развития Солнечной системы, чтобы понять причины кардинальных различий в эволюции Земли и ее соседки.
Американские исследователи описали случай использования почки генетически модифицированной свиньи в качестве временного органа: она позволила пациенту обходиться без диализа на протяжении 271 дня, что считается рекордом в ксенотрансплантации. Эксперимент показал возможности современной трансплантологии, а также новый способ, позволяющий пережить долгие месяцы ожидания.
Химиотерапевтические препараты помогают уничтожить некоторые опухолевые клетки, но вместе с тем они нередко повреждают и здоровые ткани, в том числе периферические нервы. Из-за этого руки и ноги пациента начинают болеть и неметь. Авторы нового исследования показали в доклинических экспериментах на мышах и человеческих моделях нервной ткани, что предварительное введение псилоцибина может предотвращать повреждение нервов, вызванное химиотерапией.
Группа российских исследователей, в которую вошли океанологи Санкт-Петербургского университета, выявила существование ранее неизвестных механизмов распространения «волн Россби». В ходе работы им удалось зафиксировать точки, где перенос энергии прекращается, а траектории движения воды претерпевают изменения. Дополнительно ученые обнаружили асимметрию в динамике волновых процессов, зарождающихся у западных и восточных прибрежных течений.
Американские арахнологи открыли в Скалистых горах на севере Айдахо новый вид паука из рода Hexura, представители которого прежде встречались лишь на северо-западе США и в Канаде. Обнаруженная группа живет примерно в 500 километрах восточнее известного науке ареала. Пауки Hexura тесно связаны с местом обитания и не расселяются на большие расстояния, поэтому ученым еще предстоит выяснить, как новый вид оказался так далеко от известных популяций.
Европейская колонизация резко изменила жизнь коренных народов Австралии и поставила под угрозу их связь с традиционными землями. Археологи изучили наскальное искусство на севере континента и выяснили, что после начала контактов художники стали чаще изображать гигантских мифических существ, включая почти семиметрового змея.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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