Влияние биметаллической оболочки и вращения на взаимодействие ударника с металлокерамической полубесконечной преградой

Авторы

  • Павел Андреевич Радченко Национальный исследовательский Томский государственный университет; Институт физики прочности и материаловедения СО РАН https://orcid.org/0000-0002-1879-9143
  • Станислав Павлович Батуев Национальный исследовательский Томский государственный университет; Институт физики прочности и материаловедения СО РАН https://orcid.org/0000-0002-8142-7385
  • Андрей Васильевич Радченко Национальный исследовательский Томский государственный университет; Институт физики прочности и материаловедения СО РАН https://orcid.org/0000-0002-3105-471X

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2025.18.1.3

Ключевые слова:

ударник, оболочка, сердечник, керамика, разрушение, численное моделирование, рикошет, глубина кратера

Аннотация

Численно моделируется высокоскоростное взаимодействие ударника, состоящего из высокопрочного стального сердечника, свинцового наполнителя и оболочки из латуни, с металлокерамической и монолитной металлической преградами. Металлокерамическая преграда представляет собой двухслойную конструкцию, верхний слой которой изготовлен из карбида бора (B4C), нижний – из алюминия, монолитная преграда полностью алюминиевая. Рассмотрены углы между продольной осью ударника и нормалью к преграде от 0 до 45 градусов. Изучается влияние биметаллической оболочки и вращения ударника вокруг своей продольной оси на его взаимодействие с преградой. Поведение металлических материалов и керамики B4C описывается упругопластической средой. В качестве критерия разрушения металлических материалов выступает предельное значение интенсивности пластической деформации. Разрушение керамики оценивается на основе деформационного критерия с учетом ее различной прочности на сжатие и растяжение. Моделирование проводится в трехмерной постановке методом конечных элементов с использованием авторского алгоритма и программного комплекса EFES 2.0, позволяющего учитывать фрагментацию взаимодействующих тел с образованием новых контактных и свободных поверхностей, эрозионное разрушение материалов. Адекватность математической модели и численного алгоритма подтверждается хорошим согласованием результатов как натурных, так и вычислительных экспериментов. Численная методика дает возможность осуществлять параметрические исследования связи процесса взаимодействия с кинематическими, геометрическими и конструктивными факторами. Показано, что биметаллическая оболочка и вращение существенно сказываются на процессе взаимодействия ударника c металлокерамической преградой.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.
Поддерживающие организации
Исследование выполнено при поддержке Программы развития Томского государственного университета (Приоритет–2030). Математическая модель и программный комплекс EFES созданы в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, проект FWRW-2021-0002.

Библиографические ссылки

Iremonger M.J., Hazell P.J. Influence on small arms bullet construction on terminal ballistics // Proceedings of the 21st International Symposium on Ballistics / ed. by N. Burman, J. Anderson, G. Katselis. Adelaide, Australia, 2004a. P. 767–773.

Crouch I.G., Appleby-Thomas G., Hazell P.J. A study of the penetration behaviour of mild-steel-cored ammunition against boron carbide ceramic armours // International Journal of Impact Engineering. 2015a. Vol. 80. P. 203–211. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2015.03.002

Hazell P.J., Appleby-Thomas G.J., Philbey D., Tolman W. The effect of gilding jacket material on the penetration mechanics of a 7.62 mm armour-piercing projectile // International Journal of Impact Engineering. 2013a. Vol. 54. P. 11–18. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2012.10.013

Forrestal M.J., Børvik T., Warren T.L. Perforation of 7075-T651 Aluminum Armor Plates with 7.62 mm APM2 Bullets // Experimental Mechanics. 2010a. Vol. 50, no. 8. P. 1245–1251. DOI: 10.1007/S11340-009-9328-4

Roberts A., Appleby-Thomas G.J., Wood D.C., Hameed A., Crouch I.G. Dynamic jacket removal and the ’bullet’s journey’ // Proceedings of the 29th International Symposium on Ballistics / ed. by C. Woodley, I. Cullis. Edinburgh, United Kingdom, 2016a. P. 2307–2315.

Gooch W.A., Burkins M.S., Kingman P., Hauver G., Netherwood P., Benck R. Dynamic X-ray imaging of 7.62-mm APM2 projectiles penetrating boron carbide // Proceedings of the 18th International Symposium on Ballistics. Vol. 2 / ed. by W. Reinicke. San Antonio, Texas, USA, 1999a. P. 901–908.

Rosenberg Z., Yeshurun Y., Tsaliah J. More on the thick-backing screening technique for ceramic tiles against AP projectiles // Proceedings of the 12th International Symposium on Ballistics. San Antonio, Texas: American Defense Preparedness Association, 1990a. P. 197–201.

Cosquer Y., Longère P., Pantalé O., Gailhac C. Experiment/simulation correlation-based methodology for metallic ballistic protection solutions // Defence Technology. 2023a. Vol. 29. P. 24–38. DOI: 10.1016/j.dt.2023.03.006

Binar T., Švarc J., Vyroubal P., Kazda T., Rolc S., Dvořák A. The comparison of numerical simulation of projectile interaction with transparent armour glass for buildings and vehicles // Engineering Failure Analysis. 2018a. Vol. 92. P. 121–139. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2018.05.009

Fras T. On the effect of pitch and yaw angles in oblique impacts of small-caliber projectiles // Defence Technology. 2024a. Vol. 31. P. 73–94. DOI: 10.1016/j.dt.2023.06.004

Pavlovic A., Fragassa C. Investigating the resistance of reinforced barriers to high velocity projectiles // Engineering Structures. 2018a. Vol. 174. P. 384–395. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.07.074

Kraus A.E., Kraus E.I., Shabalin I.I. Impact resistance of ceramics in a numerical experiment // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2020a. Vol. 61, no. 5. P. 847–854. DOI: 10.1134/S002189442005020X

Holmquist T.J., Johnson G.R. Response of boron carbide subjected to high-velocity impact // International Journal of Impact Engineering. 2008a. Vol. 35. P. 742–752. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2007.08.003

Fernández-Fdz D., Zaera R., Fernández-Sáez J. A constitutive equation for ceramic materials used in lightweight armors // Computers & Structures. 2011a. Vol. 89, no. 23/24. P. 2316–2324. DOI: 10.1016/j.compstruc.2011.08.003

Grady D.E. Hugoniot equation of state and dynamic strength of boron carbide // Journal of Applied Physics. 2015a. Vol. 117. 165904. DOI: 10.1063/1.4918604

Молодец А.М., Голышев А.А., Шахрай Д.В. Уравнения состояния и кривая плавления карбида бора в области высоких давлений ударного сжатия // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2017. Т. 151, № 3. C. 550–557. DOI: 10.7868/S0044451017030000

Савиных А.С., Черепанов И.А., Разоренов С.В., Овсиенко А.И., Румянцев В.И., Орданьян С.С. Эволюция ударных волн в горячепрессованных керамиках карбида бора и карбида кремния // Журнал технической физики. 2018. Т. 88, № 12. C. 1813–1819. DOI: 10.21883/JTF.2018.12.46782.38-18

Савиных А.С., Гаркушин Г.В., Разоренов С.В., Румянцев В.И. Динамическая прочность реакционно-спеченной керамики карбида бора // Журнал технической физики. 2015. Т. 85, № 6. C. 77–82.

Krafft J.M. Surface Friction in Ballistic Penetration // Journal of Applied Physics. 1955a. Vol. 26, no. 10. P. 1248–1253. DOI: 10.1063/1.1721884

Goldsmith W. Non-ideal projectile impact on targets // International Journal of Impact Engineering. 1999a. Vol. 22. P. 95–395. DOI: 10.1016/s0734-743x(98)00031-1

Radchenko P.A., Batuev S.P., Radchenko A.V. Effect of Projectile Rotation on High-Velocity Impact Fracture // Physical Mesomechanics. 2022a. Vol. 25. P. 119–128. DOI: 10.1134/S1029959922020035

Радченко П.А., Радченко А.В., Батуев С.П. Численное исследование высокоскоростного взаимодействия вращающихся ударников с различной формой головной части с преградой конечной толщины // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2024. № 87. C. 120–134. DOI: 10.17223/19988621/87/10

Канель Г.И., Щербань В.В. Пластическая деформация и откольное разрушение железа «Армко» в ударной волне // Физика горения и взрыва. 1980. Т. 16, № 4. C. 93–103.

Седов Л.И. Механика сплошной среды. Том 2. М.: Наука, 1970. 568 с.

Moynihan T.J., Chou S.-C., Mihalcin A.L. Application of the Depth-of-Penetration Test Methodology to Characterize Ceramics for Personnel Protection. Army Research Laboratory. ARL-TR-2219. 2000a. 43 p.

Carton E.P., Johnsen B.B., Rahbek D.-B., Broos H., Snippe A. Round robin using the depth of penetration test method on an armour grade alumina // Defence Technology. 2019a. Vol. 15, no. 6. P. 829–836. DOI: 10.1016/j.dt.2019.07.014

Rosenberg Z., Bless S., Yeshurun Y., Okajima K. A new definition of ballistic efficiency of brittle materials based on the use of thick backing plates // Proceedings of the "IMPACT 87" Symposium. Impact loading and dynamic behavior of materials / ed. by C. Chiem, H.-D. Kunze, L. Meyer. DCM Informationsgesellschaft Verlag, 1988a. P. 491–498.

Rozenberg Z., Yeshurun Y. The relation between ballastic efficiency and compressive strength of ceramic tiles // International Journal of Impact Engineering. 1988a. Vol. 7, no. 3. P. 357–362. DOI: 10.1016/0734-743X(88)90035-8

Cui F., Wu G., Ma T., Li W. Effect of Ceramic Properties and Depth-of-penetration Test Parameters on the Ballistic Performance of Armour Ceramics // Defence Science Journal. 2017a. Vol. 67, no. 3. P. 260–268. DOI: 10.14429/DSJ.67.10664

Franzen R.R., Orphal D.L., Anderson C.E. The influence of experimental design on depth-of-penetration (DOP) test results and derived ballistic efficiencies // International Journal of Impact Engineering. 1997a. Vol. 19, no. 8. P. 727–737. DOI: 10.1016/S0734-743X(97)00010-9

Woodward R.L., Baxter B.J. Ballistic evaluation of ceramics: Influence of test conditions // International Journal of Impact Engineering. 1994a. Vol. 15, no. 2. P. 119–124. DOI: 10.1016/S0734-743X(05)80024-7

Rosenberg Z., Dekel E. Terminal Ballistics. Springer International Publishing, 2020a. 420 p.

Hazell P.J. Measuring the strength of brittle materials by depth-of-penetration testing // Advances in Applied Ceramics. 2010a. Vol. 109, no. 8. P. 504–510. DOI: 10.1179/174367610X12804792635387

Venkatesan J., Iqbal M.A., Madhu V. Ballistic Performance of Bilayer Alumina/Aluminium and Silicon Carbide/Aluminium Armours // Procedia Engineering. 2017a. Vol. 173. P. 671–678. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.12.141

Corriveau D., Petre C.F. Influence of chamber misalignment on cased telescoped (CT) ammunition accuracy // Defence Technology. 2016a. Vol. 12, no. 2. P. 117–123. DOI: 10.1016/j.dt.2015.11.008

Загрузки

Опубликован

2025-04-17

Выпуск

Раздел

Статьи

Как цитировать

Радченко, П. А., Батуев, С. П., & Радченко, А. В. (2025). Влияние биметаллической оболочки и вращения на взаимодействие ударника с металлокерамической полубесконечной преградой. Вычислительная механика сплошных сред, 18(1), 32-44. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2025.18.1.3