Hi-Tech новости 19 Декабря 2012 года
Данная новость была прочитана 6476 раз

1. Броня будущего - полимерная прозрачная броня. 2. О работах сотрудников CompMechLab® НИУ СПбГПУ в области конечно-элементного решения задач пробивания (3-D динамических физически- и геометрически- нелинейных задач контактного взаимодействия термо-вязко-

1. Броня будущего - полимерная прозрачная броня.
Специалисты из Университета Райс и Массачусетского технологического института продолжают работу над новым поколением брони, которая будет намного легче и прочнее стали и любых современных композитов.

Недавно ведущий исследователь проекта Нед Томас продемонстрировал последние достижения в этой области. Особенно эффектно смотрелся кусок прозрачного пластика в несколько сантиметров толщиной. В этом куске полиуретана, как мухи в янтаре, застряли 9-мм пули, при этом каких-либо следов деформации с обратной стороны бронепластинки не наблюдалось. Более того, на прозрачной "шайбе" не видно даже трещин, лишь круги, как от брошенного в воду камня.

Целью исследователей является поиск новых способов сделать материалы невосприимчивыми к деформации. Эти прочные и легкие материалы пригодятся в бронежилетах, реактивных двигателях, для лопастей винтов, облицовки космических аппаратов и т.д.

Полимерная прозрачная броня_01 Полимерная прозрачная броня_02
Полимерная прозрачная броня_03 Полимерная прозрачная броня_04
Результаты натурных экспериментов.
Полимерная пластина легко остановила три 9-мм пули, при этом даже не треснув

Полимерная прозрачная броня (видео)

Уникальный материал был получен в ходе исследования поведения полимеров на наноуровне. Для этого ученые создали образец из полистирол-полидиметилсилоксана диблок-сополимера. Этот материал самостоятельно собирается из 20-нанометровых слоев стеклообразного и «резинового» полимеров. Затем с помощью сканирующего электронного микроскопа ученые смогли увидеть воздействие на данный полимер 3-мм стеклянных сферических пуль, разогнанных до скоростей 0,5-5 километров в секунду.

В результате выяснилось, что при перпендикулярном ударе в слоистый материал энергия пули поглощается намного лучше. Ученые обнаружили, что в момент удара пули часть полимера на доли секунды нагрелась до 3000 градусов Цельсия и расплавилась, забирая тем самым значительную долю энергии пули.

После многочисленных экспериментов, ученым удалось создать полимерную прозрачную броню, способную эффективно останавливать пули и осколки. При попадании высокоскоростной пули, слоистый материал плавится и превращается в однородную жидкость. В результате пуля стремительно теряет энергию и застревает внутри бронепластины. Затем жидкость вновь затвердевает, а бронепластина остается прозрачной.

В настоящее время ученые экспериментируют с добавлением в полимерную броню различных «заслуженных» бронематериалов, таких как нитрид бора и углеродные нанотрубки. Главной проблемой для внедрения революционной брони пока остается масштабное производство материалов с точным контролем их нано- и микроструктуры.

Источники: Microbullets reveal material strengths, Броня будущего: пластиковая и недеформирующаяся
 

2. О работах CompMechLab® НИУ СПбГПУ в области конечно-элементного решения задач пробивания (3-D динамических физически- и геометрически- нелинейных задач контактного взаимодействия термовязкопластических тел с динамическим разрушением).

Cотрудники CompMechLab® НИУ СПбГПУ имеют более, чем 10-летний опыт решения задач пробивания (проникания, соударения деформируемых тел, защиты от пробивания и т.д.). Для конечно-элементного решения 3-D динамических физически- и геометрически- нелинейных задач контактного взаимодействия термовязкопластических тел с динамическим разрушением для скоростей до 4 км/c применяются программные системы компьютерного моделирования и инжиниринга (CAE-системы) Altair Engineering RADIOSS, ANSYS Mechanical, ANSYS AUTODYN, Dassault Systemes Abaqus, LS-DYNA, MSC.Dytran, MSC.Marc, NX Advanced Simulation и др.

Ниже представлены анимации конечно-элементных решений динамических задач пробивания:

CompMechLab_Удар цилиндра по жесткой преграде (LS-DYNA). Сравнение с экспериментом


 

CompMechLab_Откольное разрушение (LS-DYNA)_01 CompMechLab_Откольное разрушение (LS-DYNA)_02

 

CompMechLab_Пробивание алюминиевой плиты пулей в оболочке (ANSYS AUTODYN)
CompMechLab_Пробивание плиты (LS-DYNA)
CompMechLab_Пробивание плиты (LS-DYNA, SPH-метод)_01 CompMechLab_Пробивание плиты (LS-DYNA, SPH-метод)_02


CompMechLab_Пробивание бетонной преграды стальным снарядом (ANSYS AUTODYN)_01 CompMechLab_Пробивание бетонной преграды конечных размеров стальным снарядом. Эксперимент CompMechLab_Пробивание бетонной преграды конечных размеров стальным снарядом (ANSYS AUTODYN)_02
Пробивание бетонной преграды стальным снарядом.
Сравнение с эуспериментом

На нашем сайте в разделе AVI Галерея результатов конечно-элементных исследований лаборатории "Вычислительная механика" (CompMechLab) также представлены результаты решения динамических задач пробивания или смежных задач:

Конечно-элементное исследование откольного разрушения (2007 г.) Конечно-элементное исследование откольного разрушения (2007 г.)

Конечно-элементное исследование откольного разрушения при плоском ударном взаимодействии пластин. Материал образцов – титановые сплавы: ВТ-6, ВТ-22, стали: Ст-3
Исследование проводилось в 2007 году.

Ключевые слова: Откол, импульсное нагружение, ударные волны, механика контактного взаимодействия
Тип элементов/Тип задачи: 2D и 3D элементы / Динамическое контактное взаимодействие
Внешние воздействия: Начальная поступательная скорость ударника
Программное обеспечение: LS-DYNA
Рейтинг: 4.68 (Голосов: 19)
Прочтений: 4043 Просмотр только для пользователей FEA.RU. Вход/Регистрация...

Конечно-элементное исследование процесса проникания деформируемого цилиндрического ударника в деформируемую плиту конечных размеров (2007 г.) Конечно-элементное исследование процесса проникания деформируемого цилиндрического ударника в деформируемую плиту конечных размеров (2007 г.)

Конечно-элементное исследование процесса высокоскоростного проникания. Исследование влияния пластических свойств материала на характер деформационного процесса. Исследование влияния разогрева.
Исследование проводилось в 2007 году.

Ключевые слова: Удар, проникание, ударные волны, механика контактного взаимодействия, термо-упруго-пластичность, влияние разогрева на характер деформирования, материал Джонсона-Кука (Johnson-Cook)
Тип элементов/Тип задачи: 2D (осесимметричная постановка) / Динамическое термо-упруго-пластическое контактное взаимодействие
Внешние воздействия: Начальная поступательная скорость ударника
Программное обеспечение: LS-DYNA
Рейтинг: 4.61 (Голосов: 18)
Прочтений: 5235 Просмотр только для пользователей FEA.RU. Вход/Регистрация...

Конечно-элементное моделирование удара шара для боулинга по многослойной композитной дорожке (drop-test) (2006 г.) Конечно-элементное моделирование удара шара для боулинга по многослойной композитной дорожке (drop-test) (2006 г.)

Цель работы - конечно-элементное моделирование ударного контактного взаимодействия шара и многослойной композитной дорожки с сотовой структурой, определение толщин слоев композитной структуры, валидация КЭ модели на основе результатов натурных экспериментов
Исследование проводилось в 2006 году.

Ключевые слова: Динамическое контактное взаимодействие,drop-test, многослойный композит, сотовая структура
Тип элементов/Тип задачи: Твердотельные элементы, динамика, контактное взаимодействие
Внешние воздействия: Ударное контактное взаимодействие (drop-test)
Программное обеспечение: ANSYS
Рейтинг: 4 (Голосов: 39)
Прочтений: 7202 Подробнее...

Конечно-элементное моделирование и исследование динамического разрушения. Разработка расчетной методики определения ударной вязкости стали методом двухопорного ударного изгиба (метод Шарпи) (2006 г.) Конечно-элементное моделирование и исследование динамического разрушения. Разработка расчетной методики определения ударной вязкости стали методом двухопорного ударного изгиба (метод Шарпи) (2006 г.)

Цель исследования – разработка расчетной методики оценки ударной вязкости стали на основе упруго-пластических и прочностных характеристик и конечно-элементного моделирования процесса динамического разрушения образца
Исследование проводилось в 2006 году.

Ключевые слова: Ударная вязкость, метод Шарпи, большие упруго-пластические деформации, динамическое разрушение, сравнительный анализ результатов конечно-элементного моделирования и результатов экспериментов
Тип элементов/Тип задачи: Твердотельные элементы, динамическое контактное взаимодействие, динамическое разрушение
Внешние воздействия: Удар маятникового копра, ударное контактное взаимодействие
Программное обеспечение: LS-DYNA
Рейтинг: 4.46 (Голосов: 35)
Прочтений: 6261 Подробнее...

Конечно-элементное исследование удара цилиндра по жесткой преграде. Тест Дж. Тейлора. Рикошет (2006 г.) Конечно-элементное исследование удара цилиндра по жесткой преграде. Тест Дж. Тейлора. Рикошет (2006 г.)

Конечно-элементное исследование удара цилиндра по жесткой преграде. Исследование влияния кинематического упрочнения материала и разогрева, обусловленного деформированием цилиндра.
Исследование проводилось в 2006 году.

Ключевые слова: Удар, рикошет, механика контактного взаимодействия, термо-упруго-пластичность, динамический предел текучести, эффект Б.М. Малышева, влияние разогрева на характер деформирования
Тип элементов/Тип задачи: 2D и 3D элементы / Динамическое термо-упруго-пластическое контактное взаимодействие
Внешние воздействия: Начальная поступательная скорость цилиндра
Программное обеспечение: LS-DYNA
Рейтинг: 4.32 (Голосов: 22)

Конечно-элементное моделирование процесса вырубки металла (2005 г.) Конечно-элементное моделирование процесса вырубки металла (2005 г.)

Абсолютно жесткий пуансон вырубает цилиндрический элемент из заготовки металла
Исследование проводилось в 2005 году.

Ключевые слова: Технологическая механика, пластическая обработка металлов, технологическая операция - вырубка цилиндрической шайбы, динамическое контактное взаимодействие, большие упруго-пластические деформации, адаптивное перестроение сетки
Тип элементов/Тип задачи: 2D элементы, осесимметричная постановка
Внешние воздействия: Заданный закон движения пуансона
Программное обеспечение: LS-DYNA
Рейтинг: 4.42 (Голосов: 24)
Прочтений: 7756 Подробнее...

Конечно-элементное моделирование обрыва стального троса специального назначения с последующими «раскруткой и распушением» (2005 г.) Конечно-элементное моделирование обрыва стального троса специального назначения
с последующими «раскруткой и распушением» (2005 г.)

Моделирование проводилось при случайном распределении прочностных характеристик отдельных проволок стального троса.
Исследование проводилось в 2005 году.

Ключевые слова: Стальной канат, стальной трос, множественное пространственное контактное взаимодействие с учётом трения, обжатие, 3-D модель, пространственное напряженное состояние, эквивалентные (эффективные) характеристики каната (троса)
Тип элементов/Тип задачи: Твердотельные элементы
Внешние воздействия: Равномерное растяжение
Программное обеспечение: Pro/Engineer, LS-DYNA
Рейтинг: 4.56 (Голосов: 39)
Прочтений: 7474 Подробнее...

Соударение летящего шарика с тканой структурой (2003 г.) Соударение летящего шарика с тканой структурой (2003 г.)

Задача содержит ~1 млн степеней свободы.
Исследование проводилось в 2003 году.

Ключевые слова: Динамическое контактное взаимодействие с учетом трения, удар, разрушение
Тип элементов/Тип задачи: Пространственный оболочечный элемент, пространственный элемент
Внешние воздействия: Начальная поступательная скорость шарика
Программное обеспечение: LS-DYNA
Рейтинг: 4.23 (Голосов: 48)
Прочтений: 9041 Подробнее...

Пробивание снарядом толстой стальной пластины (2003 г.) Пробивание снарядом толстой стальной пластины (2003 г.)

Подлет снаряда к пластине, пробивание, образование "пробки", застревание. Модель Cowper-Symonds для описания зависимости предела текучести от скорости деформации, деформационный критерий разрушения.
Исследование проводилось в 2003 году.

Ключевые слова: Удар, динамическое упруго-пластическое контактное взаимодействие, удар, динамическое пластическое разрушение, пробивание, снаряды ("projectiles") с различной формой головной части (плоская, коническая, полусферическая)
Тип элементов/Тип задачи: Динамическое упруго-пластическое контактное взаимодействие с разрушением - пробивание
Программное обеспечение: LS-DYNA
Рейтинг: 4.86 (Голосов: 22)
Прочтений: 4828 Подробнее...

Теги новости:
ANSYS LS-DYNA CompMechLab® ANSYS Workbench MSC.Dytran Airbus Boeing NASA AUTODYN LSTC Lockheed Martin Northrop Grumman Raytheon DS SIMULIA Abaqus DARPA Объединенная авиастроительная корпорация (ОАК) Государственная корпорация "Ростех" Государственная корпорация "Росатом" Intel ANSYS, Inc. РосОборонЭкспорт EADS РСК "МиГ" Компания "Сухой", ОАО ЗАО "Гражданские самолеты Сухого" ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского General Electric Pratt & Whitney Rolls-Royce НПО "Сатурн" Cray NX NASTRAN MSC.Marc ANSYS-Mechanical ANSA HyperMesh ГНПРКЦ ЦСКБ "Прогресс" ГКНПЦ им. М.В. Хруничева ЦНИИ конструкционных материалов "Прометей" BETA CAE Systems BAE Systems Sikorsky ХК "Композит" Altair Engineering NVIDIA ОАО "КАМАЗ" Объединенная промышленная корпорация "ОБОРОНПРОМ" ФГУП "Конструкторское Бюро Машиностроения" Корпорация "Иркут" Каф. "Механика и процессы управления" НИУ СПбГПУ Ракетно-Космическая Корпорация "Энергия" Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) Московский институт теплотехники (МИТ) ОКБ Гидропресс ОКБМ "Африкантов" Атомэнергопроект ОАО "МВЗ им. М.Л. Миля" ОАО "Климов" ОАО "Камов" U.S. Air Force Research Laboratory HyperWorks RADIOSS HyperWorks ОАО "Вертолёты России"