Детальная информация

Данная работа посвящена исследованию влияния параметров конечно-элементной модели на результаты численного моделирования высокоскоростного пробивания стальной преграды (сталь Ст3) фрагментом из титанового сплава (ВТ6). Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Проведение обзора литературы по теме расчетов пробивания преград, включая аналитические методы и современные подходы к численному моделированию с использованием явных схем интегрирования. 2. Верификация конечно-элементной модели пробивания путем сопоставления результатов расчета с экспериментальными данными Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) для титановой пластины. 3. Исследование влияния размера конечно-элементной сетки, критерия разрушения материала, геометрических особенностей (скругление кромок) и угла ориентации фрагмента на результаты расчета. 4. Формулировка рекомендаций по настройке расчетной модели для задач удержания фрагментов лопаток. Работа выполнена с использованием программного пакета Ansys LS-Dyna. В ходе исследования выявлено, что согласованное измельчение сетки во всех направлениях обеспечивает более устойчивую сходимость, чем изолированное уплотнение только по толщине преграды. Критическим фактором, определяющим результат, является параметр разрушения FAIL, изменение которого может кардинально изменить прогноз сквозного пробития. Наиболее значимое влияние на исход удара оказывает ориентация фрагмента: при отклонении от нормали на 50–90° доля поглощенной преградой энергии достигает 98–99%, а остаточная скорость снижается до единиц м/с. Перенос калиброванных параметров модели Джонсона-Кука с верификации эксперимента на исследуемую модель без повторной настройки приводит к некорректным результатам. В результате исследования разработаны практические рекомендации по выбору размера конечно-элементной сетки, настройке критерия разрушения FAIL для модели MAT_024 и необходимости обязательного учета угла ориентации фрагмента при оценке стойкости корпуса.

This thesis is devoted to investigating the influence of finite element model parameters on the results of numerical simulations of high-speed penetration of a steel barrier (St3 steel) by a titanium alloy fragment (VT6). The objectives addressed in the course of the research were: 1. Conducting a literature review on the topic of barrier penetration calculations, including analytical methods and modern approaches to numerical simulation using explicit integration schemes. 2. Verification of the finite-element model of penetration by comparing the calculation results with experimental data from Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) for a titanium plate. 3. Investigation of the influence of the finite-element mesh size, the material failure criterion, geometric features (edge rounding), and the fragment orientation angle on the calculation results. 4. Formulation of recommendations for tuning the computational model for blade fragment retention problems. The work was carried out using the Ansys LS-Dyna software package. The study revealed that consistent mesh refinement in all directions ensures more stable convergence than isolated refinement along the barrier thickness alone. The critical factor determining the result is the failure parameter FAIL; a change in this parameter can radically alter the prediction of through-penetration. The orientation of the fragment has the most significant influence on the outcome of the impact: when deviating from the normal by 50–90°, the proportion of energy absorbed by the barrier reaches 98–99%, and the residual velocity decreases to a few metres per second. Transferring the calibrated parameters of the Johnson–Cook model from the experimental verification to the model under investigation without re-tuning leads to incorrect results. As a result of the study, practical recommendations have been developed regarding the selection of the finite element mesh size, the tuning of the FAIL failure criterion for the MAT_024 model, and the necessity of taking the fragment’s orientation angle into account when assessing the hull’s resistance.