Напряженно-деформированное состояние тонкой пластины с покрытием при ударе пробойником

Abstract

В работе методом конечного элемента проведено численное моделирование процесса ударного воздействия на тонкую двухслойную пластину с двухсторонним покрытием стального пробойника с плоской рабочей частью при его частичном проникновении в пластину. Для определения напряженно-деформированного состояния конструкции была решена нестационарная контактная краевая термоупругопластическая задача с учетом изменения механических свойств материала и их нелинейной зависимости от температуры и скорости деформаций. Анализ полей деформаций и напряжений показал, что при неполном проникновении пробойника происходит отслаивание нижнего слоя покрытия и хрупкое разрушение верхнего слоя, т. е. перераспределение поля напряжений не приводит к полному разрушению пластины или ее пробою. При использовании слоистых структур и прочных покрытий материалов пластинчатых элементов защитных конструкций из легких металлов и сплавов происходит повышение стойкости конструкции к разрушению при ударе.

A numerical simulation of the impact process on a thin two-layer plate with a double-sided coating of a steel punch having a flat working part with its partial penetration into the plate was carried out applying the finite element method. To determine the structure’s stress-strain state, a non-stationary contact boundary thermo-elastoplastic problem was solved, in such way as to put in variation of the materials’ mechanical properties and their nonlinear dependence on temperature and strain rate. Analysis of the deformations and stresses fields showed that when the punch is not fully penetrated, the lower layer of the coating peels off and the brittle fracture of the upper layer occurs, i.e. redistribution of the stress field does not lead to a complete destruction of the plate or its breakdown. With the use of layered structures and durable coatings of plate elements materials in protective structures made of light metals and alloys, the resistance of the structure to an impact failure increases.