Экспериментальные и теоретические исследования ударного взаимодействия деформируемых тел с пористыми преградами

Задачи динамического деформирования пористых проницаемых элементов конструкций при ударном и взрывном нагружении актуальны в связи с необходимостью анализа прочности ядерных реакторов, взрывных камер, в которых для снижения динамических нагрузок используются специальные конструктивные элементы, имеющие пористое строение – слои гранулированного твердого материала, многослойные плетеные металлические сетки, перфорированные пластины, решетки и т.д. Большие сложности теоретического описания динамического деформирования подобных конструкций вызваны, в первую очередь, взаимосвязанностью волновых процессов в конструкции и среде, заполняющей поры, пренебрежение которой вызывает большие ошибки в определении сил, воздействующих на конструкцию. Во-вторых, быстропротекающие интенсивные ударные и взрывные нагрузки порождают целый комплекс нелинейных явлений – большие перемещения и деформации элементов конструкций и высокопористых сред, относительное движение компонент в структурированной пористой среде, эффекты отрыва на контактных границах и др. Учет этих факторов приводит к крайне сложным начально-краевым задачам, решение которых может быть получено лишь самыми современными численными методами. В последние годы в зарубежной и отечественной научной литературе появился ряд исследований высокоскоростного ударного взаимодействия компактных деформируемых тел с пористыми средами без учета их многокомпонентного состава, а также ряд отечественных работ (из авторского коллектива данного проекта) по взрывному нагружению многослойных пористых слоев. Исследования по динамическому деформированию проницаемых элементов конструкций по моделям многокомпонентных многоскоростных сред практически отсутствуют, имеются лишь единичные работы представителей авторского коллектива данного проекта. Отсутствуют экспериментальные данные для оснащения моделей деформирования проницаемых элементов конструкций материальными функциями. Предлагаемые в данном проекте подходы приведут к созданию численных, алгоритмических и программных средств, которые позволят по единой численной схеме эффективно решать новые нелинейные задачи динамического деформирования проницаемых элементов конструкций при ударном и взрывном нагружении. Разрабатываемые средства соответствуют современному мировому уровню развития теоретических исследований и компьютерного моделирования. Ожидаемые результаты по степени комплексного учета и взаимосвязанности нелинейных эффектов деформирования элементов конструкций и пористых сред превзойдут зарубежные и отечественные аналоги. Рассматриваются процессы деформирования насыпных гранулированных слоев из металлических шариков и геоматериалов, процессы внедрения продуктов взрыва в пористые среды, формирование ударных волн и их взаимодействие с деформируемыми защитными и силовыми элементами конструкций. На базе экспериментально-теоретического подхода будут предложены новые удобные для численного моделирования параметры и уравнения состояния. В основе численных методик решения связанных задач лежит модифицированная схема Годунова повышенной точности, как для газодинамических, так и для упругопластических течений. Научной новизной проекта является, в первую очередь, комплексный подход к решению проблемы. Используются новые эйлерово-лагранжевые подходы с применением многосеточных алгоритмов для более точного описания движения межфазных и контактных поверхностей. Для определения контактных параметров разрабатываются новые алгоритмы решения задач распада разрыва между газовыми, упругими и газопроницаемыми средами. Разрабатываются алгоритмы распространения пространственных фронтов детонационных волн.