539.3 Моделирование процесса взаимодействия высокоскоростного ударника с трехслойной разнесенной комбинированной преградой

Добрица Б. Т. (МГТУ им. Н.Э.Баумана), Пашков С. В. (Томский государственный университет), Добрица Д. Б. (АО "НПО им. С.А. Лавочкина")

ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ СОУДАРЕНИЕ, ОБЛАКО ОСКОЛКОВ, РАЗНЕСЕННАЯ ПРЕГРАДА, РАЗРУШЕНИЕ, СЕТОЧНЫЙ ЭКРАН, ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ


doi: 10.18698/2309-3684-2018-1-7089


Проведено численное исследование процесса взаимодействия высокоскоростного ударника с разнесенной комбинированной преградой, включающей сеточные экраны, с помощью авторской численной реализации в лагранжевой 3D-постановке на тетраэдрических ячейках. При исследовании применялся деформационный критерий разрушения по эквивалентной пластической деформации, метод Джонсона для расчета контактных взаимодействий и метод раздвоения расчетной сетки по узлам для описания трещин. Для осколков и контактных поверхностей использовались граничные условия идеального скольжения по касательной и непротекания по нормали. Проведена оценка защитных свойств трехслойной разнесенной преграды с двумя слоями сеточной защиты в широком диапазоне значений скоростей ударных воздействий, имитирующих воздействие микрометеоритов и фрагментов орбитального мусора на конструкции метеорной защиты космических аппаратов. Продемонстрированы высокие защитные свойства сеточных экранов и их преимущества перед сплошными экранами. Описана методика моделирования высокоскоростного взаимодействия с разнесенными преградами, позволяющая сократить время расчета для больших межпреградных расстояний.


[1] Inter-Agency Space Debris Coordination Committee. Protection manual. IADC- 04-03.Version 3.3. Revision April 04, 2004. URL: http://www.iadconline.org/Documents/IADC-04-03_Protection_Manual_v7.pdf (дата обращения 28.11.2018).
[2] Christiansen E.L. Advanced Meteoroid and Debris Shielding Concepts. AIAA Paper № 90-1336, AIAA/NASA/DOD Orbital Debris Conference: Technical Issues and Future Directions, Baltimore, MD, April 16–19, 1990, pp. 1–14.
[3] Christiansen E.L., Kerr J.H. Mesh double-bumper shield. A low-weight alternative for spacecraft meteoroid and orbital debris protection. Int. J. of Impact Engineering, 1993, vol. 14, pp. 169–180.
[4] Шумихин Т.А., Безруков Л.Н., Мягков Н.Н. Модельный эксперимент, проясняющий механизм фрагментации высокоскоростного ударника на дискретных экранах. Механика композиционных материалов и конструкций, 2007, т. 13, № 3, с. 341–355.
[5] Horz F., Cintala M.J., Bernhard R.P., See T.H. Multiple-mesh bumpers: a feasibility study. Int. J. of Impact Engineering, 1995, vol. 17 (1–3), pp. 431–442.
[6] Shumikhin T., Semenov A., Bezrukov L., Malkin A., Myagkov N., Kononenko M. On fragmentation of aluminum projectile on mesh bumpers. Proc. of the Fourth European Conf. on Space Debris, ESA/ESOC, 18–20 April 2005, Darmstadt, Germany, pp. 471476.
[7] Мягков Н.Н., Шумихин Т.А. Экспериментальное и численное исследование высокоскоростного взаимодействия ударника с дискретными экранами. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4 (4), с. 1648–1650.
[8] Мягков Н.Н., Шумихин Т.А. Особенности разрушения ударника на сеточном экране при высоких скоростях удара. Механика композиционных материалов и конструкций, 2011, т. 17, № 3, c. 306–319.
[9] Пашков С.В. Численное моделирование фрагментации толстостенных цилиндрических оболочек при взрывном нагружении. Автореф. дис. … канд. техн. наук. Томск, 2000, 20 с.
[10] Герасимов А.В., Пашков С.В. Моделирование естественного дробления твердых тел при ударных и взрывных нагружениях. Химическая физика, 2005, т. 24, № 11, с. 48–54.
[11] Димитриенко Ю.И. Основы механики твердого тела. Т. 4. Механика сплошной среды. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013, 624 с.
[12] Димитриенко Ю.И., Димитриенко И.Д. Моделирование динамических процессов деформирования гибких тканевых композиционных материалов. Инженерный журнал: наука и инновации, 2014, вып. 5 (29). URL: http://engjournal.ru/search/author/40/page1.html (дата обращения 28.11.2018).
[13] Димитриенко Ю.И., Губарева Е.А., Сборщиков С.В. Многомасштабное моделирование упруго-пластических композитов с учетом повреждаемости. Математическое моделирование и численные методы, 2016, № 2 (10), c. 3–24.
[14] Орленко Л.П., ред. Физика взрыва. 3-е изд. В 2 т. Москва, Физматлит, 2004.
[15] Уилкинс М.Л. Расчет упругопластических течений. Вычислительные методы в гидродинамике. Москва, Мир, 1967, с. 212–263.
[16] Wilkins M.L. Computer simulation of dynamic fenomena. Berlin, Heidelberg, New-York, Springer, 1999. 246 p.
[17] Фомин В.М., Гулидов А.И., Сапожников Г.А., Шабалин И.И., Бабаков В.А., Куропатенко В.Ф., Киселев А.Б., Тришин Ю.А., Садырин А.И., Киселев С.П., Головлев И.Ф. Высокоскоростное взаимодействие тел. Новосибирск, Изд-во СО РАН, 1999. 600 с.
[18] Johnson J.N. Dynamic fracture and spallation in ductile solids. J. Appl. Phys., 1981, vol. 52, no. 4, pp. 2812–2825.
[19] Steinberg D.J., Cochran S.G., Guinan M.W. A constitutive model for metals applicable at high-strain rate. J. Appl. Phys., 1980, vol. 51, no. 3, pp. 1496–1504.
[20] Johnson G.R., Colby D.D., Vavrick D.J. Three-dimensional computer code for dynamic response of solids to intense impulsive loads. Int. J. Numer. Methods Engng, 1979, vol. 14, no. 12, pp. 1865–1871.
[21] Johnson G.R. Dynamic analysis of explosive metal interaction in three dimensions. J. of Appl. Mech., 1981, vol. 48, no. 1, pp. 30–34.
[22] Герасимов А.В., Добрица Д.Б., Пашков С.В., Христенко Ю.Ф. Теоретикоэкспериментальное исследование способа защиты космических аппаратов от высокоскоростных частиц. Космические исследования, 2016, т. 54, № 2, с. 126–134.
[23] Sokolov V.G., Christiansen E., Gorbenko A.V., Feldstein V.A., Romanchenkov V.P., Panichkin N.G., Yachlakov Yu.V., Zinchenko L.V. The Effect of Thin Deployable Construction Elements of the International Space Station on the Probability of its Hull Penetration by Meteoroids and Orbital Debris. Int. J. of Impact Eng., December 2001, vol. 26, pp. 725–734.
[24] Burt R., Christiansen E.L., Kerr J.H. Calibration of proposed RSC «Energia» SM ballistic limit equation including semi-transparent shadowing barriers. JSC 28509, HITF report, Johnson Space Center, NASA, May 2001.


Добрица Б.Т., Добрица Д.Б., Пашков С.В. Моделирование процесса взаимодействия высокоскоростного ударника с трехслойной разнесенной комбинированной преградой. Математическое моделирование и численные методы, 2018, № 2, с. 70-89.



Скачать статью

Колличество скачиваний: 26