DOI: 10.55176/2414-1038-2019-3-14-29
Авторы
Виленский О.Ю., Душев С.А., Лапшин Д.А., Лебедева Я.Ю.
Организация
Акционерное общество «Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова», Нижний Новгород, Россия
Виленский О.Ю. – начальник отдела, кандидат технических наук. Контакты: 603074, Нижний Новгород, Бурнаковский проезд, 15. Тел: (831) 246-97-21; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Душев С.А. – главный конструктор оборудования обращения с топливом, кандидат технических наук.
Лапшин Д.А. – начальник бюро, кандидат технических наук.
Лебедева Я.Ю. – инженер-конструктор.
Аннотация
Показаны современные подходы к решению задач, связанных с ударными испытаниями разрабатываемого оборудования на этапе проектирования. Дано краткое описание экспериментальной установки, моделирующей ударные нагрузки в разных направлениях, эквивалентные воздействию взрывной волны, возникающей рядом с объектом. Подчеркнута актуальность создания безопасной технологической оснастки, для проведения испытаний, исключающей возможность возникновения аварийных последствий, на основе расчетного математического анализа.
Кратко освещены возможности современного вычислительного комплекса ANSYS/LS-DYNA, в котором реализовано полномасштабное математическое 3D-моделирование, позволяющее выполнять достаточно глубокий и детальный анализ динамических процессов методом конечных элементов. Описаны расчетно-экспериментальные методы исследования моделей деформирования конструкционных материалов при статическом и динамическом нагружениях и определены на основе экспериментальных исследований параметры математических моделей (модели Jonson-Cook, модель Allen, Rule&Jones, модель Cowper-Symonds) из библиотеки LS-DYNA.
Использованы деформационные критерии оценки динамической прочности конструкционных материалов, применяемых для изготовления оснастки, с учетом требований безопасности из нормативных документов.
По результатам математического анализа ударных воздействий, спроектирована оснастка, позволившая успешно выполнить испытания на безопасном уровне. Достигнуты заданные параметры, которые закладывались в технические требования разрабатываемого оборудования, полученные значения ускорений максимально близки к расчетным. Благодаря применению комплексного подхода при расчетном анализе, охватывающем технико-конструктивные, физико-механические, математические и нормативные аспекты, появилась возможность отказаться от излишнего консерватизма, тем самым вписаться в обозначенные габариты изделия и снизить металлоемкость конечного продукта. Отказ от многовариантных последовательных приближений при расчете оснастки на стадии проектирования, привел также к сокращению времени проектирования, и снизил стоимость проекта.
Ключевые слова
ударные нагрузки, технологическая оснастка, расчетная модель, программное средство, энергия удара, модель деформирования, верификация
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
1. Программный комплекс ANSYS. Аттестационный паспорт программного средства № 327 от 18.04.2013.
2. John O. Hallquist. LS-DYNA theoretical manual. Livermore Software Technology Corporation, 1998.
3. LS-DYNA 960 Keyword User’s Manual. Livermore Software Technology Corporation, 2001.
4. Лапшин Д.А. Расчетно-экспериментальный анализ прочности внутриобъектовых транспортных контейнеров реакторов типа БН в авариях с падением. Дисс. канд. техн. наук. Нижний Новгород, 2015.
5. Кольский Г. Исследование механических свойств материалов при больших скоростях нагружения. Механика, 1950, № 4, с. 108—119.
6. Брагов А.М., Ломунов А.К. Особенности построения диаграмм деформирования методом Кольского. Горький, Горьковский университет, 1984. С. 125—137.
7. Bragov A.M., Lomunov A.K. Methodological aspects of studying dynamic material properties using the Kolsky method. International Journal of Impact Engineering, 1995, vol. 16, no. 2, pp. 321—330.
8. Nicholas T. Tensile testing of materials at high rates of strain. Experimental Mechanics, 1981, vol. 21, no. 5, pp. 177—195.
9. Брагов А.М. Экспериментальный анализ процессов деформирования и разрушения материалов при скоростях деформации 102—105 с–1. Дисс. докт. техн. наук. Нижний Новгород, 1998.
10. Johnson, G.R., Cook, W.H. A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures. Proc. 7th Int. Symposium on Ballistic. Hague, Netherlands, 1983, pp. 541—547.
11. Taylor G.I., Quinney A.The latent energy remaining in a metal after cold working. Proceedings of the Royal Society, 1934, vol. 143, pp. 307—326.
12. Huh H., Kang W.J. Crash-Worthiness Assessment of Thin-Walled Structures with the High-Strength Steel Sheet. International Journal of Vehicle Design, 2002, vol. 30, no. 1/2, pp. 1—21.
13. Allen D.J., Rule W.K., Jones S.E. Optimizing Material Strength Constants Numerically Extracted from Taylor Impact Data. Experimental Mechanics, 1997, vol. 37, no. 3, pp. 333—338.
14. Cowper G.R., Symonds P.S. Strain Hardening and Strain Rate Effects in the Impact Loading of Cantilever Beams. Brown University, Applied Mathematics Report, 1958.
15. Константинов А.Ю. Экспериментально-расчетное исследование поведения конструкционных материалов под действием динамических нагрузок. Дисс. канд. техн. наук. Нижний Новгород, 2007.
16. Котов В.Л., Константинов А.Ю., Кибец Ю.И., Тарасова А.А., Власов В.П. Численное моделирование плоскопараллельного движения конических ударников в упругопластической среде. Проблемы прочности и пластичности, 2013, том 75, № 4, с. 303—311.
17. Rodriguez T., Navarro C., Sanchez-Galvez V. Splitting tests: an alternative to determine the dynamic tensile strength of ceramic materials. Journal de Physique IV, 1994, pp.101—106.
18. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. М.: Издательство иностранной литературы, 1954.
УДК 539.3
Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2019, выпуск 3, 3:2
