Розрахункова оцінка глибини проникнення снаряду в ґрунт за допомогою різних методів

Анотація

У роботі представлені методи розрахунку глибини проникнення снаряду в ґрунт. Було розглянуто два підходи: аналітичний метод та числове моделювання.

В основі аналітичного методу лежить емпіричний вираз, який включає в себе наступні параметри: масу снаряду, його діаметр, швидкість руху та кут атаки. Також є коефіцієнт який залежить від виду снаряду. Додатково була розглянута альтернативна аналітична методика, в якій брались до уваги форма головної частини, калібр снаряду та коефіцієнт, що враховує викривлення траєкторії при влучанні у ґрунт.

Для оцінці глибини проникнення снаряду за допомогою числового моделювання створена скінченно-елементна модель ґрунтового масиву, повітряного простору над ним і снаряду; елементи системи ґрунт – повітря – снаряд моделювались за допомогою сітки Лагранжа-Ейлера, оскільки цей підхід дозволяє проводити розрахунки, що супроводжуються великими деформаціями за короткий проміжок часу. Снаряд моделювався сіткою Лагранжа як абсолютно жорстке тіло.

На основі розрахунків було встановлено, що наявність та значення додаткових коригуючих коефіцієнтів в аналітичних формулах може суттєво впливати на результат; різниця для глибини проникнення снаряду за різними аналітичними підходами склала до 15%.

Під час числового моделювання була досліджена зміна швидкості снаряду з часом при його влучанні в ґрунт, а також вплив модулів об’ємної деформації та зсуву на величину глибини проникнення. За результатами розрахунку отримана величина проникнення склала 0.65 м, а при збільшених значеннях модулів – 0.48 м. Час за який снаряд повністю зупинявся складає 34 мс при значеннях параметрів моделі ґрунту, що базуються на попередніх дослідженнях, після збільшення значень модулів приблизно в 1.6 рази цей час зменшився в 1.4 рази і склав 25 мс.

При порівняні значень отриманої глибини проникнення снаряду за аналітичним методом та числовим моделюванням різниця між результатами в середньому склала до 20%.

Знаючи глибину проникнення снаряду в ґрунт при проектуванні заглиблених захисних споруд можна ефективно підібрати глибину занурення споруди з врахуванням того фактору, що ініціація вибуху може відбудитися не одразу на поверхні, а з затримкою на певній глибині. Такий підхід дозволить максимально ефективно зменшити вплив від вибухової ударної хвилі на конструкції споруди, а також на людей та обладнання, що знаходяться всередині.