- 6
- ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ МАТЕРИАЛОВ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО НАГРУЖЕНИЯ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
- Исследование моделей материалов при моделировании высокоскоростного нагружения методом конечных элементов / А. П. Гречухин, А. В. Куликов, В. А. Брезгин, П. Н. Рудовский, А. С. Разина // Технологии и качество. 2025. № 2(68). С. 36–42. https://doi.org/10.34216/2587-6147-2025-2-68-36-42.
- DOI: https://doi.org/10.34216/2587-6147-2025-2-68-36-42
- УДК: 004.94
- EDN: CBYFGH
- Дата приема статьи в публикацию: 20.05.2025
- Аннотация: В статье рассмотрены особенности моделирования высокоскоростного нагружения текстильных материалов с использованием метода конечных элементов (МКЭ). Проведено сравнение нескольких ортотропных моделей материала в среде LS-DYNA на примере расчета сдвига восьмиузлового элемента с одной точкой интегрирования. Полученные результаты демонстрируют существенные различия (до 10 раз) в значениях напряжений в плоскости сдвига и до 10 % – во внутренней энергии элемента. Выявлено, что при выборе модели материала важен детальный анализ исходных параметров, контроль энергетического баланса и учет эффекта hourglass. Сделан вывод о необходимости корректной настройки ортотропных моделей и тщательного контроля сетки конечных элементов при моделировании высокоскоростных нагружений для повышения точности и достоверности результатов.
- Ключевые слова: метод конечных элементов, высокоскоростное нагружение, текстильные материалы, ортотропные материалы, LS-DYNA, внутренняя энергия, hourglass-эффект, сдвиг
- Финансирование и благодарности: исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 25-29-00164).
- Список литературы: 1. Effects of architecture on ballistic resistance of textile fabrics: Numerical study / P. Tran, T. Ngo, E. C. Yang, P. Mendis, W. Humphries // International Journal of Damage Mechanics. 2014. Vol. 23. P. 359–376. 2. Virtual ballistic impact testing of Kevlar soft armor: Predictive and validated finite element modeling of the V0–V100 probabilistic penetration response / G. Nilakantan, S. Horner, V. Halls, J. Zheng // Defence Technology. 2018. P. 213–225. 3. Поверхностная обработка арамидной ткани и ее влияние на механику фрикционного взаимодействия нитей / А. В. Игнатова, Н. Ю. Долганина, С. Б. Сапожников, А. А. Шаблей // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2017. № 4. С. 121–137. 4. Kudryavtsev O. A., Sapozhnikov S. B. Yarn-level modelling of woven and unidirectional thermoplastic composite materials under ballistic impact // PNRPU Mechanics Bulletin. 2016. N 3. P. 108–119. 5. Modeling the effects of yarn material properties and friction on the ballistic impact of a plain-weave fabric / M. P. Rao, Y. Duan, Michael Keefe, B. M. Powers, Travis Bogetti // Composite Structures. 2009. No. 89(4). P. 556–566. 6. Comparative analysis of experimental results and finite element simulation results of ballistic impact on 3D woven reinforced composites / F. Qian, L. Zhao, S. Zhang, G. Yao, Y. Liu // Journal of Engineered Fibers and Fabrics. 2022. Vol. 17. doi:10.1177/155892502211389. 7. Experimental and numerical investigation of the behavior of three-dimensional orthogonal woven composite plates under high-velocity impact / Hao Su, Xuena Si, Yan Liu, Ming-ming Xu, Guang-yan Huang & Jiacong Pan // Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2022. No. 30(1). P. 1–10. 8. Investigation of the Ballistic Performance of GFRP Laminate under 150 m/s High-Velocity Impact: Simulation and Experiment / F. Chen, Y. Peng, X. Chen, K. Wang, Z. Liu, C. Chen // Polymers. 2021. No. 13(4) P. 604. 9. Xiwen Jia, Baozhong Sun, Bohong Gua. Numerical Simulation on Ballistic Penetration Damage of 3D Orthogonal Woven Fabric at Microstructure Level // International Journal of Damage Mechanics. 2012. № 21. P. 237–266. 10. Osborne, M. Single-Element Characterization of the LS-DYNA MAT54 Material Model [Master’s thesis]. Washington : Washington State University, 2023. 105 p. 11. LS-DYNA Theory Manual, Livermore : Livermore Software Technology Corporation, 2019. 886 p. 12. Kaw Autar K. Mechanics of composite materials. Boca Raton : Taylor and Francis, 2006. 474 p. 13. Effect of textile architecture on energy absorption of woven fabrics subjected to ballistic impact / C. Yang, P. Tran, T. Ngo, P. Mendis, W. Humphries // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 553. P. 757–762. 14. Численная модель удара высокоскоростного объекта о тканую преграду из арамидных нитей / А. П. Гречухин, А. В. Куликов, И. В. Старинец, В. Н. Ершов, П. Н. Рудовский // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2024. № 1(409). С. 211–217. 15. Методика 3D-моделирования трехмерных ортогональных тканей / А. П. Гречухин, А. Хабибуллоев, П. Н. Рудовский, И. В. Старинец, А. В. Куликов // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2023. № 1(403). С. 133–138.