Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
Наиболее надежные результаты были получены на мишени, конструкция которой показана на рис. 3.24. В отверстия, просверленные в пластине из катаной гомогенизированной броневой стали толщиной 25,4 мм, помещают изолированные провода. При проникании снаряда в такую мишень провода, расположенные на разной глубине, закорачиваются и позволяют получить зависимость пути от времени. Для изоляции проводов использовались сапфир или тефлон. Оба материала являются хорошими изоляторами даже при высоких давлениях, но
Рис. 3.23. Зависимость пути от времени в неподвижной системе координат [63]. 138
Г лава 2
1 2 З
.О
Рис. 3.24. Схема установки с мишенью, оснащенной коніакіньїми датчиками
[103].
/-мишень; 2-разрядная цепь, 3-осциллоскоп, 4 - выключатель из майлара или бронзы, 5-медные или стальные проволочки, 6-тефлоновые или сапфировые изоляторы, 7 - просверленные отверстия диаметром 1,6 мм и глубиной 45 мм, 8-мишень
обладают совершенно разными механическими характеристиками: сапфир-очень твердый и хрупкий, а у тефлона пластичность сочетается с сопротивлением удару. Поскольку заметной разницы при использовании этих двух изоляторов обнаружено не было, предпочтение было отдано сапфиру, который давал более четкий сигнал.
Результаты ряда экспериментов по изучению соударений представлены на рис. 3.25. Как и в других экспериментах с толстыми мишеня-
Рис. 3.25. Глубина проникания в зависимости от времени для длинных снарядов [103]. Проникание и пробивание твердых тел
139
можно разделить на фазу входа, когда скорость проникания велика, фазу установившегося движения, когда скорость проникания близка к предельной, и фазу выхода. Судя по воспроизводимости результатов, метод Незервуда эффективен на фазах входа и установившегося движения. Однако он неэффективен на фазе выхода, когда тыльная поверхность мишени разрывается или из нее выбивается пробка. Метод непрерывно совершенствуется и позволит одновременно измерять скорость проникания и регистрировать движение мишени. Аналогичный метод, позволяющий измерять амплитуду давления в мишенях, разрабатывает Причард [109].
Экспериментальная установка PHERMEX в Лос-Аламосской исследовательской лаборатории дает другую ценную возможность изучения явления проникания [136]. В нее входит источник рентгеновского излучения с энергией 6 МэВ, способный создавать очень короткие импульсы, «просвечивающие» сталь на глубину до 200 мм, и позволяющий получать рентгенограммы снаряда в процессе его проникания в мишень. Трудно оценить значение этих данных для более глубокого понимания всех особенностей поведения материала при высоких скоростях нагружения, а также для проверки правильности численного моделирования. В работе [75] результаты численного решения дву- и трехмерных задач сравниваются с рентгенограммами, полученными на установке PHERMEX.
3.2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
Аналитические методы исследования проникания делятся на следующие три группы.
1. Эмпирические или квазианалитические. На основе корреляции большого числа экспериментальных данных записываются алгебраические уравнения, которые используются для расчетов и выбора условий последующих экспериментов. Обычно это делается в тесной связи с опытами, которые ставятся с целью обоснования выбора рабочих характеристик материалов или конструкций для решения конкретной задачи. Такой подход не дает существенного вклада в понимание поведения материалов или происходящих в них процессов и здесь не будет рассматриваться. Целый ряд таких моделей для случаев проникания и рикошета был проанализирован Рехтом [115]. Аналогичные модели механики проникания рассматриваются в одной из глав книги Бейкера и др. [22]. Содержательное обсуждение различных законов для действующих сил дано в работе [39]. Методы расчета проникания осколков в металлы приводятся в Справочнике уравнений проникания, изданном в 1977 г., а в работах [80, 124] приведены эмпирические формулы для случая проникания в бетон.
2. Приближенные аналитические методы. Разрабатывая эти методы, сосредоточивают внимание на одном из аспектов задачи (например, образовании пробки, лепестков, осколков, кратера и т.п.), вводят упрощающие допущения, которые облегчают решение основных уравнений 140
Г лава 2
сплошной среды, сводя их к одно- или двумерным алгебраическим или дифференциальным уравнениям. Затем пытаются решить эти уравнения, для чего нередко приходится прибегать к дополнительным упрощениям. За редкими исключениями, эти методы основаны на предположении, что либо снаряд, либо мишень являются абсолютно твердым телом, и опираются либо на закон изменения количества движения, либо на закон сохранения энергии, либо на тот и другой сразу. Лишь в немногих работах рассматриваются одновременно деформация и снаряда, и мишени. Более того, почти все эти методы требуют введения эмпирических констант или таких характеристик материалов, которые трудно получить или измерить.
3. Численные методы. Чтобы полностью решить задачу о соударении, приходится прибегать к численному решению полных уравнений механики сплошной среды. Методы конечных разностей и конечных элементов позволяют решать полные системы уравнений в частных производных, обладают большей гибкостью, чем разнообразные алгебраические уравнения, и позволяют точно моделировать переходные процессы. Строго говоря, они также являются приближенными (решаются системы конечно-разностных уравнений, а не сами дифференциальные уравнения), однако в настоящее время погрешности, обусловленные неточным знанием свойств материалов, во много раз больше погрешностей, присущих самим численным методам. Остальная часть главы посвящена рассмотрению модельных решений.
