ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УДАРА АЛЮМИНИЕВОГО ЦИЛИНДРА МИЛЛИМЕТРОВОГО РАЗМЕРА В АНАЛОГИЧНЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ ЦИЛИНДР

Авторы
Мещеряков Ю.И.(1)., Коновалов Г.В.(1), Н.И. Жигачева(1), Нечунаев А.Ф.(2), Диваков А.К.(1)
Организации
(1) Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН)
(2) Санкт-Петербургский государственный университет
Сессия
Теория и моделирование физических процессов
Форма представления
Стендовый
Место работы научного руководителя
ИПМаш РАН
Научный руководитель
Мещеряков Ю.И.
Текст тезисов
С увеличивающимся в геометрической прогрессии объемом космического мусора в околоземном пространстве [1,2] (отработанные ступени ракет, отработавшие спутники, обломки, оставшиеся от случайных столкновений) все более актуальным становится вопрос о защите космического аппарата от ударов микрочастиц. Такая задача сводится к описанию процесса внедрения маленькой частицы в одно- , двух-, или многослойную обшивку космического аппарата. При построении модели такого процесса, которое невозможно осуществить аналитическими методами, можно синтезировать методологию создания схем оптимальных защитных экранов космического аппарата с точки зрения «максимальный уровень защиты от ударов микрочастиц – минимальная масса защитного пакета».
При проектировании оптимальных защитных экранов (в том числе и для разработки материалов экранов) весьма важным является детальное изучение процессов, которые происходят в начальный момент при ударе, а также процессов, происходящих при столкновении облака осколков со вторым и последующими защитными экранами. Экспериментально показано, что процессы соударения сопровождаются неустойчивостью. Развитие неустойчивости на масштабном уровне мезо-2 (50-500 мкм) происходит при достижении критического соотношения между скоростью изменения дисперсии скорости частиц мезоуровня-1 (1-10 мкм) в пределах структурного элемента мезоуровня-2 и дефектом массовой скорости на макроуровне. В проведенных авторами доклада натурных экспериментах [3] сценарий развития неустойчивости регистрировался с помощью высоко-разрешающей интерферометрической диагностики ударно-деформируемых образцов различных материалов (временное разрешение ~ 1нс).
Для построения модели развития локализованной кинетической неустойчивости при ударе рассматривалась следующая задача: удар алюминиевого цилиндра, представленного сплавом Al2024, и имеющего характерные размеры ~ 1 мм, в цилиндр, представленный таким же материалом и имеющий такие же характерные размеры. Моделирование проводилось методом сглаженных частиц.
Вычислительное моделирование показало, что по мере развития процесса высокоскоростного деформирования инициируется коллективное движение частиц среды в противоположную от направления удара сторону. При рассмотрении удара алюминиевого ударника в алюминиевую мишень в некоторый момент времени на масштабном уровне мезо-2 наблюдается турбулизация движения частиц среды при их движении в непосредственной близости к центральной оси мишени. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что переход материала в структурно-неустойчивое состояние имеет локально-кинетическую природу. Полученные результаты позволяют в значительно степени развить кинетический критерий ударно-волновой структурной неустойчивости при ударном нагружении материала, а также применить этот критерий к развитию методологии проектирования защитных экранов космических аппаратов.
Литература [1] W. Schonberg, Protecting earth-orbiting spacecraft against micro-meteoroid/orbital debris impact damage using composite structural systems and materials: An overview, Advances in Space Research 15 (6) (2010) 709-720. doi:10.1016/j.asr.2009.11.014.
[2] V. Adushkin, S. Veniaminov, S. Kozlov, M. Silnikov, Orbital missions safety – A survey of kinetic hazards, Acta Astronautica 126 (2016), 510-516. doi:10.1016/j.actaastro.2015.12.053.
[3] Ю.И.Мещеряков. Многомасштабные ударно-волновые процессы в твёрдых телах. – СПб., Нестор-История, 2018.