ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ КАК ЭЛЕМЕНТ МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОПЫТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕУПРУГИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

Ошев С.Ю., Вилъдеман В.Э.

Пермский государственный технический университет

Большинство современных работ посвященных экспериментальному определению констант материалов основаны на получении полных диаграмм деформирования. Получение ниспадающей ветви на диаграмме деформирования представляет несомненный интерес исследователей, т.к. учет закритической стадии деформирования позволяет использовать существенный резерв несущей способности материала. Основная трудность при экспериментальном построении полных диаграмм состоит в создании достаточно жесткой системы нагружения материала, а также в создании условий нагружения, соответствующих однородным полям напряжений в рабочей зоне образца. Для этих целей разработаны испытательные машины большой жесткости, специальные образцы.

Исследование получаемых результатов в данных работах показывает, что во многих из них отмечается зависимость получаемых характеристик материала от особенностей методик проведения экспериментального определения физико-механических свойств. В частности показано, что значения определяемых характеристик зависят от геометрических особенностей испытуемого образца. Наличие эффектов трения при сжатии образца, образование шейки при растяжении, ограничения размеров испытуемого образца и т.д., оказывают существенное влияние на возможность получения истинных характеристик испытуемого материала.

Одним из способов устранения этой проблемы является совместное использование результатов натурных экспериментов и результатов численного моделирования.

Для ряда рассмотренных в работе моделей используется постановка краевой задачи для тел с зонами разупрочнения, при численной реализации в модели используется полная диаграмма деформирования. Кроме этого, ряд математических моделей реализован с использованием постановки краевых задач для тел с упруго-хрупкими структурными элементами, обладающими разбросом прочностных характеристик, при этом ниспадающая ветвь на диаграмме деформирования обусловлена накоплением повреждений в структуре материала.

В работе рассмотрены модели опытного определения неупругих характеристик горных пород при одноосном сжатии цилиндрических образцов. Численная реализация проведена для осесимметричной модели с использованием постановок для тел с разупрочнением, а также для тел с упруго-хрупкими структурными элементами. Вследствие нарушения симметрии образца в процессе структурного разрушения, построена трехмерная модель в постановке для тел с упруго-хрупкими структурными элементами.

Также построены модели экспериментов для определения неупругих характеристик конструкционной стали, в частности с использованием образца специальной геометрической формы, разработанный в институте проблем прочности АН УССР. Особенность данного образца состоит в использовании его конструкции как нагружающего устройства. Изменение ряда геометрических размеров позволяет варьировать жесткость нагружающей системы, при этом для образца в целом можно использовать испытательные машины низкой жесткости. Другой рассмотренный эксперимент заключается в использовании полнотелого цилиндрического образца переменного сечения.

Численная реализация процессов деформирования и разрушения выполнена с использованием решателя конечно-элементного пакета Ansys 5.5.2. В результате проведения серии вычислительных экспериментов построены полные диаграммы деформирования при различном соотношении

характерных геометрических размеров образцов.

Основная идея предлагаемой методики состоит в том, чтобы в точности воспроизводя натурный эксперимент, получить зависимости характеристик от параметров проводимого эксперимента. Таким образом, зная используемые характеристики в математической модели можно оценить влияние параметров эксперимента на отклонение получаемых констант материала от их истинного значения. Используя полученный результат можно решить обратную задачу - используя некоторую итерационную процедуру, подобрать закладываемые в модель характеристики материала, по которым результат вычислительного эксперимента совпадет с результатом натурного. Эти модельные характеристики материала и будут являться истинными характеристиками исследуемого материала.

Результаты численного моделирования позволяют, во-первых, более точно расшифровать полученные экспериментальные данные, а во-вторых, дать рекомендации по выбору параметров эксперимента, оказывающих влияние на получаемые результаты.

Работа выполнена при финансовой поддержке по гранту РФФИ-Урал № 01-01-96479.

ПРИМЕНЕНИЕ ЖИДКИХ КОМПОНЕНТОВ В ТРАДИЦИОННЫХ И НЕТРАДИЦИОННЫХ СХЕМАХ РАКЕТНОГО И СТВОЛЬЦОГО ВООРУЖЕНИЯ

Павлов А.Н.

ОАО НПО “Искра", г. Пермь

Дальнейшее развитие ракетного вооружения, начиная с противотанковых средств ближнего боя и заканчивая межконтинентальными баллистическими ракетами, характеризуется возрастанием энергетических характеристик РДТТ. Это увеличение приводит к резкому повышению уровня избыточного давления ударной волны, возникающей при запуске РДТТ. Предлагается конструктивная схема для решения данной проблемы, методика для определения основных проектных параметров двигателя, в котором применяется узел форсирования с охлаждающей жидкостью.

Предлагается к обсуждению конструкция патрона с охлаждающей жидкостью.

Основным недостатком существующих патронов к стрелковому оружию является наличие демаскирующих признаков и износ ствола. Для снижения демаскирующих признаков в патронах применяют жидкости, размещённые в капсулах, расположенных внутри метательного заряда. Однако, это приводит к непредсказуемому изменению площади поверхности горения метательного заряда, влияющего на характер изменения быстроты газообразования и изменения давления пороховых газов в канале ствола. Эти факторы оказывают существенное влияние на износ ствола и эффективность стрельбы.

Предлагаемая конструкция позволяет уменьшить демаскирующие признаки (световая вспышка и громкий звук), сопровождающие выстрел, а также износ ствола. При этом, нарушение герметичности цилиндрического резервуара с водой, от действия высокотемпературных пороховых газов происходит в конце горения порохового заряда, что не оказывает влияния на площадь поверхности горения порохового заряда, повышает надёжность производства выстрела и упрощает процесс изготовления таких патронов.

Применение в верхних ступенях баллистических ракет лёгких сопловых блоков из УУКМ предполагает использование в них органов управления вектором тяги (ОУВТ) к которым предъявляются жёсткие требования по массовым характеристикам при обеспечении необходимого управляющего усилия и программы функционирования с минимальными потерями удельного импульса. Всем предъявляемым требованиям удовлетворяют ОУВТ с впрыском жидкого топлива в сверхзвуковую часть сопла. Обсуждаются их достоинства и недостатки.

Обсуждаются конструктивные схемы применения жидкостей в устройствах для возбуждения сейсмических колебаний.

Анализируются конструктивные схемы применения жидких метательных веществ (ЖМВ) в ствольной артиллерии.

При анализе проблем применения охлаждающих жидкостей и жидких компонентов в ракетных и ствольных системах возникает необходимость глубокого изучения сущности протекающих в них рабочих процессов, отличающихся рядом особенностей, которые в конечном итоге определяют их конструктивную реализацию. Основной задачей при этом является разработка корректных математических моделей взаимодействия жидкой фазы с высокоскоростным потоком газа.

Процесс взаимодействия жидкости и потока газа может быть рассмотрен как совокупность механического и теплового разрушения струи (жидкости). Проводится анализ теорий механического и теплового разрушения жидкой струи (жидкости) газовым потоком применительно к рассматриваемым конструктивным реализациям.

Библиографический список

1.Потапов Б.Ф. и др. Устройство для возбуждения упругих колебаний: А.с. № 1116403, 1982.

2.Коваленко Н.Д. Возмущения сверхзвукового потока при массотеплоподводе. Киев: Наукова думка, 1980.

3.Таранцев А.А. и др. Реактивный двигатель: А.с. № 2237456, 1989.

4.Кутателадзе С.С. Гидравлика газожидкостных систем. Ленинград: ГЭИ, 1958.

5.Скоробогатский В.Н. Жидкие компоненты в нетрадиционных схемах ракетного и ствольного вооружения. Оборонная техника №8,9,1998.

6.Павлов А.Н., Потапов Б.Ф., Шелякин Ю.П. Схемное решение изменения избыточного давления с помощью двухфазной среды. - Сборник тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2000». Пермь, ПГТУ, 2000.