Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время в связи с участившимися техногенными катастрофами, террористическими актами, сопровождающимися взрывными или ударными воздействиями существенно возрос интерес к исследованию поведения несущих и защитных конструкций зданий и сооружений, объектов военной, атомной промышленности выполненных из хрупких строительных материалов, таких как бетон, кирпич, керамика и др. На стадии проектирования конструкций необходимо учитывать возникновение подобных ситуаций. В связи с этим для достоверного расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) и прочности динамически нагруженных конструкций и их элементов необходимы данные о динамических свойствах тех материалов, которые в них используются. В последние годы большое внимание этой проблеме уделяется не только в нашей стране, но и во всем мире.
В настоящее время значительных успехов достигло математическое моделирование поведения материалов, развиваются численные методы решения нелинейных задач высокоскоростного деформирования твердых тел и конструкций. Вычислительные модели в состоянии описывать сложное поведение материалов с учетом деформационного упрочнения, влияния скорости деформации, деформационной анизотропии и т.д. Для оснащения или проверки предложенных моделей необходимы многочисленные экспериментальные данные. В этой связи разработка и развитие методики для испытания хрупких структурно-неоднородных материалов в широком диапазоне скоростей деформации (10"-10 с' ) являются актуальными и проблемными.
Цель работы состоит в разработке методических основ динамических испытаний хрупких структурно-неоднородных материалов (бетон, кирпич, керамика) на основе метода Кольского и изучение на этой основе механических свойств этих материалов с учетом влияния скорости деформации, вида НДС.
Для достижения этой цели в диссертации были решены следующие задачи:
1. Создана установка для исследования прочностных и деформационных свойств структурно-неи^идаидолмйМріапов по методике
-2-Кольского с использованием разрезного стержня Гопкинсона диаметром 60 мм.
-
Разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать съем, обработку и хранение результатов экспериментов, полученных с помощью метода Кольского.
-
Получены динамические диаграммы деформирования и зависимости предельных прочностных и деформационных характеристик от скорости деформации для различных сортов бетонов и кирпича. Установлены зависимости прочностных характеристик бетона от крупности заполнителя.
-
Проведено численное и экспериментальное исследование ударного взаимодействия конического бойка с бетонной преградой.
5. Впервые проведено комплексное исследование прочностных и
деформационных свойств бетона и керамики на основе диоксида
циркония при скоростях деформации —10 с" и различных видах
НДС. Отмечено существенное влияние вида НДС на механические
свойства диоксидциркониевой керамики.
Научная новизна:
Создан автоматизированный экспериментальный комплекс, включающий в себя в качестве нагружающего устройства пневматическую пушку, систему разрезных стрежней Гопкинсона диаметром 60 мм, позволяющий изучать механические свойства различных структурно-неоднородных материалов в диапазоне скоростей деформации 10~-10 с* Разработано и создано современное программное обеспечение, позволяющее проводить автоматизированный съем и обработку экспериментальной информации. Проведены динамические испытания ряда структурно-неоднородных сред, установлены закономерности изменения механических свойств исследованных материалов от скорости деформации в диапазоне 10"-10 С* .
Практическая ценность:
На основе метода Кольского разработан и создан комплекс методических и аппаратных средств изучения динамических свойств структурно-неоднородных материалов. Полученные с его помощью экспериментальное результаты использованы в РФЯЦ-ВНИИЭФ,
РФЯЦ-ВНИИТФ и других научно-исследовательских институтах. Экспериментальный комплекс может использоваться в учебной и лабораторной практике.
Достоверность полученных результатов и выводов обеспечивается тщательным выбором и анализом методов и средств экспериментальных исследований, совпадением результатов, полученных в работе, с данными зарубежных и отечественных авторов.
Основные положения, представляемые к защите:
-
Автоматизированный экспериментальный комплекс для исследования прочностных и деформационных характеристик структурно-неоднородных материалов на базе разрезного стрежня Гопкинсона диаметром 60мм.
-
Программный комплекс для сбора, обработки и хранения опытных данных высокоскоростных испытаний.
-
Результаты исследования динамических свойств ряда структурно-неоднородных материалов: различных сортов бетона, строительного кирпича, керамики и бетона на основе диоксида циркония.
-
Результаты численного и экспериментального исследования процессов проникания ударника в бетонную преграду.
Апробация работы:
Основные результаты работы докладывались на:
4th International Symposium IMPULSE - 2001, Kiev VIII всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике, Пермь 2001
VI Нижегородская сессия молодых ученых, г. Саров, 2001 г Конференция «Испытания материалов и конструкций», посвященной 100-летию со дня рождения профессора М.И. Вол-ского и 50-летию со дня основания НИЛИМ, Н.Новгород, 2000г. Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения, Аннотации докладов II научной конференции Волжского регионального центра РАРАН, г. Саров, 2001г.
Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред, VII международный симпозиум, М, Ярополец,2001 г
"New Experimental Methods in Material Dynamics and Impact", Radziejowice Palace, Poland, 2001,
Международная конференция «Забабахинские научные чтения», тезисы, Снежинск, 2001г.
Саровская научная молодежная школа-семинар «Экологическая и промышленная безопасность», тезисы докладов, Саров, 2001г.
"Inzyneria Srodowiska w Eksploatacji Kompleksow Wo-jskowych". XV Межд. научно-техи. конф., Польша, 2001 г.
Вторая научно-техническая конференция, посвященная 15-летию Нф ИМАШ РАН «Проблемы машиноведения», Нижний Новгород, 2001
EURODYMAT 2003, (Porto, Португалия, 8-12 сентября 2003г.)
Публикации
Основные результаты исследований опубликованы в 4 научных
статьях и 9 тезисах.
