Численное моделирование фрагментации цилиндрической оболочки
DOI:
https://doi.org/10.17072/1993-0550-2024-4-21-34Ключевые слова:
фрагментация, разрушение, цилиндрическая оболочка, численное моделирование, пакет ЛОГОС, вероятностный закон распределения, метод конечных элементовАннотация
Знание параметров фрагментации конструкции при ее быстропротекающем разрушении необходимо для обеспечения безопасности людей и окружающих объектов. Характеристики фрагментов и их пространственно-массовое распределение, получаемые в результате экспериментов, являются существенно неоднородными. Это может быть связано с неоднородностью структуры реальных материалов, которую нужно учитывать при проведении расчетов. В данной работе приведены результаты численного моделирования задачи фрагментации цилиндрической оболочки с учетом вероятностного распределения параметра разрушения. Вычисления выполнены в отечественном пакете программ ЛОГОС с применением метода конечных элементов. Разрушение оболочки реализовано за счет разделения узловых связей, критерием наступления которого является превышение величины пластической деформации критического значения. Достоверность полученных результатов подтверждена сравнением с экспериментальными данными и сходимостью решения при увеличении числа узловых неизвестных. Выполнен анализ влияния критерия разрушения, задаваемого в виде константы материала и в виде параметра, распределенного по нормальному закону. Показано, что использование вероятностного критерия разрушения позволяет прогнозировать параметры фрагментации, качественно согласующиеся с экспериментальными данными. Установлено, что степень дискретизации оболочки оказывает существенное влияние на параметры фрагментов, но практически не меняет вида их распределения по массовым группам.Библиографические ссылки
Taiwo B. O., Gebretsadik A., Abbas H. H., Khishe M., Fissha Y., Kahraman E., Rabbani A., Akinlabi A. A. Explosive utilization efficiency enhancement: An application of machine learning for powder factor prediction using critical rock characteristics // Heli-yon. 2024. Vol. 10, № 12. e33099. URL: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e33099 (дата обращения: 10.07.2024).
Sherpa B. B., Rani R. Advancements in explosive welding process for bimetallic material joining: A review // Journal of Alloys and Metallurgical Systems. 2024. Vol. 6. 100078. URL: https://doi.org/10.1016/j.jalmes.2024.100078 (дата обращения: 10.07.2024).
Isobe D., Jiang R. Explosive demolition planning of building structures using key element index // Journal of Building Engineering. 2022. Vol. 59. 104935. URL: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104935 (дата обращения: 10.07.2024).
Miętkiewicz R. High explosive unexploded ordnance neutralization - Tallboy air bomb case study // Defence Technology. 2022. Vol. 18, № 3. P. 524–535. URL: https://doi.org/10.1016/j.dt.2021.03.011 (дата обращения: 10.07.2024).
Osnes K., Dey S., Hopperstad O. S., Børvik T. On the Dynamic Response of Laminated Glass Exposed to Impact Before Blast Loading // Experimental Mechanics. 2019. Vol. 59, № 7. P. 1033–1046. URL: https://doi.org/10.1007/s11340-019-00496-1 (дата обращения: 10.07.2024).
Song S., Wang C., Qiao B., Gu G. Explosion damage effects of aviation kerosene storage tank under strong ignition // Defence Technology. 2024. Vol. 37. P. 27–38. URL: https://doi.org/10.1016/j.dt.2023.12.009 (дата обращения: 10.07.2024).
Zhang Z., Zhang Z., Huang X. Experimental study on the impact response of the poly-urea-coated 3D auxetic lattice sandwich panels subjected to air explosion // Composite Structures. 2023. Vol. 323. 117500. URL:https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.117500 (дата обращения: 10.07.2024).
Hou L., Li Y., Qian X., Shu C., Yuan M., Duanmu W. Large-scale experimental investigation of the effects of gas explosions in underdrains // Journal of Safety Science and Resilience. 2021. Vol. 2, № 2. P. 90–99. URL: https://doi.org/10.1016/j.jnlssr.2021.03.001 (дата обращения: 10.07.2024).
Osnes K., Holmen J. K., Hopperstad O. S., Børvik T. Fracture and fragmentation of blast-loaded laminated glass: An experimental and numerical study // International Journal of Impact Engineering. 2019. Vol. 132. 103334. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2019.103334 (дата обращения: 10.07.2024).
Вильдеман В. Э., Феклистова Е. В., Мугатаров А. И., Муллахметов М. Н., Кучуков А. М. Аспекты численного моделирования процессов разрушения упруго-хрупких тел // Вычислительная Механика Сплошных Сред. 2023. Т. 16, № 4. С. 420–429. URL: https://doi.org/10.7242/1999-6691/2023.16.4.35 (дата обращения: 10.07.2024).
Li M., Zhu Z., Liu R., Liu B., Zhou L., Dong Y. Study of the effect of empty holes on propagating cracks under blasting loads // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018. Vol. 103. P. 186–194. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2018.01.043 (дата обращения: 10.07.2024).
Tian S., Yan Q., Du X., Chen F., Zhang B. Experimental and numerical studies on the dynamic response of precast concrete slabs under blast load // Journal of Building Engineering. 2023. Vol. 70. 106425. URL: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106425 (дата обращения: 10.07.2024).
Qi S., Zhi X., Fan F., Flay R.G.J. Probabilistic blast load model for domes under external surface burst explosions // Structural Safety. 2020. Vol. 87. 102004. URL: https://doi.org/10.1016/j.strusafe.2020.102004 (дата обращения: 10.07.2024).
Zhou L., Li X., Yan Q. Dynamic response and vulnerability analysis of pier under near-field underwater explosion // Engineering Failure Analysis. 2024. Vol. 155. 107749. URL: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2023.107749 (дата обращения: 10.07.2024).
Gan N., Liu L. T., Yao X. L., Wang J. X., Wu W. B. Experimental and numerical investigation on the dynamic response of a simplified open floating slender structure subjected to underwater explosion bubble // Ocean Engineering. 2021. Vol. 219. 108308. URL: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.108308 (дата обращения: 10.07.2024).
He Z., Du Z., Zhang L., Li Y. Damage mechanisms of full-scale ship under near-field underwater explosion // Thin-Walled Structures. 2023. Vol. 189. 110872. URL: https://doi.org/10.1016/j.tws.2023.110872 (дата обращения: 10.07.2024).
Kishore K. B., Gangolu J., Ramancha M. K., Bhuyan K., Sharma H. Performance-based probabilistic deflection capacity models and fragility estimation for reinforced concrete column and beam subjected to blast loading // Reliability Engineering & System Safety. 2022. Vol. 227. 108729. URL: https://doi.org/10.1016/j.ress.2022.108729 (дата обращения: 10.07.2024).
Huang X., Yue Y., Zhu B., Chen Y. Failure analysis of underground concrete silo under near-field soil explosion // Tunnelling and Underground Space Technology. 2024. Vol. 147. 105696. URL: https://doi.org/10.1016/j.tust.2024.105696 (дата обращения: 10.07.2024).
Zhou X.-Q., Huang B.-G., Wang X.-Y., Xia Y. Deep learning-based prediction of structural responses of RC slabs subjected to blast loading // Engineering Structures. 2024. Vol. 311. 118184. URL: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.118184 (дата обращения: 10.07.2024).
Widanage C., Mohotti D., Lee C. K., Wijesooriya K., Meddage, D. P. P. Use of explainable machine learning models in blast load prediction // Engineering Structures. 2024. Vol. 312. 118271. URL: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.118271 (дата обращения: 10.07.2024).
Zhang H., Xu Y., Xiao L., Zhen C. Physics-informed machine learning model for pre-diction of ground reflected wave peak overpressure // Defence Technology. 2024. URL: https://doi.org/10.1016/j.dt.2024.06.004 (дата обращения: 10.07.2024).
Singh K., Gardoni P., Stochino F. Probabilistic models for blast parameters and fragility estimates of steel columns subject to blast loads // Engineering Structures. 2020. Vol. 222. 110944. URL: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.110944 (дата обращения: 10.07.2024).
Randers-Pehrson G., Bannister K. A. Airblast Loading Model for DYNA2D and DYNA3D. U.S. Army Research Laboratory. 1997.
Пакет программ "ЛОГОС" [Электронный ресурс]. URL: http://logos.vniief.ru/ (дата обращения: 10.07.2024).
Belytschko T., Lin J. I., Tsay C.-S. Explicit algorithms for the nonlinear dynamics of shells // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1984. Vol. 42, №2. P. 225–251. URL: https://doi.org/10.1016/0045-7825(84)90026-4 (дата обращения: 10.07.2024).
Hughes T. J. R., Liu W. K. Nonlinear finite element analysis of shells-part II. two-dimensional shells // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1981. Vol. 27, № 2. P. 167–181. URL: https://doi.org/10.1016/0045-7825(81)90148-1 (дата обращения: 10.07.2024).
Wang K., Chen P., Sun X., Liu Y., Meng J., Li X., Zheng X., Xiao C. Fracture behavior and mechanism of highly fragmented steel cylindrical shell under explosive loading // Defence Technology. 2024. Vol. 36. P. 122–132. URL: https://doi.org/10.1016/j.dt.2024.02.004 (дата обращения: 10.07.2024).
An X., Ye P., Liu J., Tian C., Feng S., Dong Y. Dynamic fracture and fragmentation characteristics of metal cylinder and rings subjected to internal explosive loading // Materials. 2020. Vol. 13, № 3. 778. URL: https://doi.org/10.3390/ma13030778 (дата обращения: 10.07.2024).
Физика взрыва / под ред.: Л. П. Орленко. М.: Физматлит, 2004. Т. 2. 656 с.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Сергей Михайлович Герцик, Владислав Авенирович Конюхов, Сергей Владимирович Лекомцев
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Публикация статьи в журнале осуществляется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).
