Моделирование соударения подкалиберной оперенной пули с различными преградами

Рассматривается механическая система, состоящая из подкалиберной оперенной пули и преграды. Конструкция пулевого патрона показана на рис. 1. При моделировании соударения учитывается угол между вектором скорости цента масс пули и лицевой поверхностью преграды, а также угол атаки пули (угол между касательной к траектории и осью пули) в момент встречи пули с преградой. Учитывается и вращение пули на полете. Численное моделирование соударения пули осуществляется с тремя типами преград - преградами из желатина, мышечной и костной ткани. При численном моделировании используется программа LS-DYNA.

Целью моделирования является определение закономерностей деформирования и разрушения элементов пули и преграды при соударении, характера движения пули в преграде, интенсивности и характера механического воздействия пули на преграду. Также оценивалось напряженно-деформированное состояние элементов пули при полете. При этом учитывалась угловая скорость вращения пули.

При расчете напряженно-деформированного состояния характеристики механических свойств материалов элементов пули и преграды считались известными. Поведение материалов элементов пули считалось упругопластическим. Для описания поведения желатина использовалась упругопластическая гидродинамическая модель, для мышечной ткани - модель гиперупругого материала, костной ткани - модель анизотропного упругого материала. Требуемые модели имелись в программе LS-DYNA. Параметры моделей были заимствованы из доступных литературных источников.

Конечно-элементные модели рассматриваемого процесса были разработаны в программе ANSYS и переданы для решения в программу LS-DYNA. Используемые в конечно-элементных моделях сетки показаны на рис. 1. Для моделирования соударения пули с преградой из желатина использовался многокомпонентный лагранжево-эйлеровый метод, для моделирования соударения с преградами из других материалов - метод конечных элементов. Результаты решения задачи соударения в осесимметричной постановке использовались для оценки влияния размеров сетки на результаты расчета

Рис. 1. Конечно-элементные сетки:
а - пули; б - пули, преграды и воздушной области; в - пули и преграды;
г - пули и преграды (осесимметричная задача)

Некоторые результаты моделирования показаны на рис. 2 - 4.

Так, на рис. 2 показаны поверхности равной плотности материала преграды после соударения с пулей в различные моменты времени.

В момент встречи с преградой пуля имела скорость 650 м/с и угол между вектором скорости центра масс пули и лицевой поверхностью преграды равен 60 град.

Пуля внедрялась в желатиновую преграду.

На рисунке видны форма воздушной полости в преграде, которая образуется при проникании пули, характер деформации пули, разрушение стабилизатора.

На рис. 3 показаны распределения интенсивности напряжений в элементах пули при ее соударении и с преградой из мышечной ткани в различные моменты времени.

Угол между вектором скорости центра масс пули и лицевой поверхностью преграды равен 90 град.

На рис. 3 виден характер разрушения элементов пули при ее взаимодействии с преградой. С целью улучшения обзора на рис. 2 и 3 показана половина расчетной области. На рис. 4 показан график зависимости скорости центра масс пули от времени.

Рис. 2. Поверхности равной плотности в преграде, кг/м3	Рис. 4. График зависимости скорости (м/c)пули от времени (с)

Моделирование процесса соударение пули позволило оценить характер воздействия пули на различные преграды, внести изменения в конструкцию пули, обоснованно выбрать материал для изготовления корпуса.