Numerical and Experimental Investigations of Dynamic Deformation and Failure on Impact of Rectangular Plates

It is important to have reliable failure criterion when solving reliability and safety problems of the modern structures, especially in extreme conditions. In a number of areas, such as aircraft industry, nuclear power industry, the strength requirements to products under high local dynamic loadings are to comply with regulatory documents. In such local impacts, based on numerical calculations, it is possible to select the model experiments in which a history of deformation in the most stressed point is very close to the real structure. This paper considers dynamic deformations and failure of a rectangular aluminum plate of constant thickness impacted by a titanium plate in the range of Vc = 160.8...195.0 m/s. A numerical solution of the elastic-plastic problem is conducted by the finite element method with an explicit scheme of integration in time. The true stress-strain curves of the materials in strain rate ranges of = 10-3...104 c-1 are used, the friction between elements is modelled with friction coefficient f = 0.1...0.2. By investigating convergence of the numerical solutions, we defined the needed size of finite element D=1mm. By relying on the numerical results, agreed with experimental depth of shear of the target, the limit level of the effective plastic strain was obtained = 2.55 ( is material elongation) in three axial compression condition. Destruction of the plate from the opposite side is realized close to two axial tension conditions reaching the limit level of effective plastic strain of = 1.17 . Within the experimental-computational approach it is discovered that for through penetration it is necessary to reach the limit levels of effective plastic strain both from the impact side of the plate and from the opposite side of the plate.

ЧИСЛЕННЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ ПРИ СОУДАРЕНИИ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ПЛАСТИН

В решении прикладных задач надежности и безопасности современных конструкций, особенно в экстремальных условиях, важным является вопрос достоверных критериев прочности. В ряде областей, таких как авиастроение, атомная энергетика и др., нормативными документами задаются требования сохранения прочности изделий в условиях повышенных локальных динамических нагрузок. При таких локальных воздействиях на основе численных расчетов удается подобрать модельные эксперименты, в которых история деформирования в наиболее нагруженной точке оказывается весьма близкой к реаль- ной конструкции. В работе рассматривается динамическое деформирование и разрушение прямоуголь- ной алюминиевой пластины постоянной толщины при ударе титановой пластины в диапазоне скоростей V0 = 160.8...195,0 м/с. Численное решение упругопластической задачи проводится методом конечных элементов в сочетании с явной схемой интегрирования по времени. Используются истинные диаграм- мы деформирования материала пластин в диапазоне скоростей деформирования i = 10-3...10-6 с, трение между пластинами моделируется с коэффициентом fmp = 0,1...0,2. Путем исследования сходи- мости численных решений определен необходимый размер конечного элемента Δ = 1 мм. На основе численных расчетов, согласованных с экспериментальными данными по глубине среза мишени со стороны удара, установлен предельный уровень интенсивности пластических деформаций εθ1 = 2,55 (δ – относительное удлинение материала), при котором реализуется срез в условиях трехосного ска- тия. Разрушение с тыльной стороны происходит в условиях, близких к двухосному растяжению, при достижении предельной интенсивности пластических деформаций εθ2 = 1,175. В рамках расчетно- экспериментального подхода установлено, что для сквозного пробития мишени необходимо достиже- ние предельных уровней интенсивности пластических деформаций как со стороны удара, так и с тыль- ной стороны мишени.