5.5. Взаимодействие компактных элементов с экранированными преградами

     В системах противометеоритной защиты космических объектов широко применяются тонкие пластины - экраны. Космическая частица при пробитии экрана разрушается, образуя в запреградной области расширяющееся облако частиц, фрагментов ударника и экрана. Последующие преграды, воспринимая рассредоточенный удар, полностью или частично его нейтрализуют. Сложность изучения данной проблемы заключается в том, что взаимодействие ударника и экрана происходит в широком диапазоне скоростей встречи, ударник может иметь различную форму. Для выбора оптимальных параметров экранной защиты необходима полная информация о физике процесса пробития и разрушения разнесенных экранов. Эффективным способом изучения процесса взаимодействия компактных элементов (КЭ) с экранированными преградами или с системой разнесенных экранов является численное моделирование на базе основных законов механики сплошной среды.

      Задачи, представляемые в данном подразделе, решены в двумерной осесимметричной постановке с применением методики расчета в эйлеровых пространственных переменных [3], изложенной в подразделе 5.2. Для проведения численных расчетов и исследования процессов деформации и разрушения взаимодействующих тел использован программный комплекс IMPACT [18], разработанный в НИИ прикладной математики и механики.

          5.5.1. Пробитие тонких преград – экранов. В данном пункте подраздела анализируются несколько примеров решения задачи об ударном взаимодействии компактных элементов с тонкими преградами - экранами. Физическая постановка подобной задачи изображена на рис. 5.33. Ударник и преграда имеют осесимметричную форму, скорость удара направлена по нормали к преграде. Диапазон рассматриваемых скоростей взаимодействия составляет 1-3 км/с. Этот диапазон скоростной включает в себя такие варианты соударения, что после пробития экрана ударник либо еще не разрушен, либо разрушен и разлетается в виде осколков твердого вещества.

Рис. 5.33. Исходная конфигурация взаимодействующих тел

       В первом варианте задачи железный цилиндрический ударник высотой и диаметром равным 1см взаимодействует с алюминиевой преградой толщиной 0.2см. Скорость удара равна 1 км/с. В этом варианте удара анализируется работоспособность модели разрушения, изложенной в подразделе 5.1. Здесь на примере конкретного варианта задачи иллюстрируются этапы пробития экрана по типу «срезания пробки».

      На рис. 5.34 представлены начальные этапы соударения, этапы затухания ударной волны в компактном цилиндрическом элементе. В верхней полуплоскости симметрии стрелками обозначено поле массовых скоростей, максимальная длина стрелки соответствует максимальной массовой скорости - Vmax. В нижней полуплоскости симметрии показаны интервалы относительных давлений, обозначения интервалов приведено под рисунками.

   

Рис. 5.34. Поле массовых скоростей и интервалы давлений:

а) t = 0.5 мкс; Vmax = 1.32 км/с; Pmax = 10.7 ГПа;

б) t = 1.0 мкс; Vmax = 1.38 км/с; Pmax = 8.62 ГПа

Рис. 5.35. Распределение давления и массовой скорости вдоль оси симметрии

        По распределению давления на рис. 5.35 видно, что снятие импульса ударной волны D1 в компактном элементе происходит до отрицательных значений давления. Это связано с наложением волн разгрузки, распространяющихся от экрана и от боковых поверхностей ударника. Однако величина растягивающих напряжений оказалась не достаточной для разрушения элемента.

        Подробное оглавление раздела 5 смотрите здесь, а полное содержание подраздела 5.5 можно скачать здесь.