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.

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:

 

 



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 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 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.) 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.) 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. 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.) 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.) 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.) 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.) 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...