Бронекорпуси вітчизняних бронетранспортерів: комп'ютерне та макетне моделювання динамічних властивостей

Abstract

На етапі проектних досліджень бронекорпусів легкоброньованих машин вкрай важливим є визначення спектру їх власних частот коливань та власних форм коливань. Із цією метою зазвичай застосовується метод скінченних елементів. При цьому необхідно обґрунтовувати параметри скінченно-елементної моделі, які забезпечують прийнятний рівень точності чисельного моделювання динамічних властивостей такого типу конструкцій. Із цією метою залучаються дані паралельно здійснюваних чисельних та експериментальних досліджень макету бронекорпусу бронетранспортера. Сам макет верхньої проекції бронекорпусу виготовлено у відповідному масштабі. Матеріал – листова сталь. Цей макет піддано динамічному збудженню на вібростенді. Фіксуються резонансні частоти збудження, а також власні форми коливань. Також здійснено ударно імпульсне збудження макета бронекорпуса. Відгук на це збудження фіксується за допомогою акселерометрів. Надалі із цих осцилограм визначається спектр власних частот коливань. Паралельно здійснюється чисельне моделювання власних частот коливань і власних форм коливань макету бронекорпусу. Надалі результати чисельних і експериментальних досліджень порівнюються. Шляхом варіювання параметрів скінченно-елементної моделі досягається задовільна відповідність результатів чисельних розрахунків та експериментальних вимірювань. Зокрема, визначаються: прийнятний тип скінченних елементів, що застосовуються; кількість скінченних елементів, необхідна для задоволення точності чисельного моделювання динамічних властивостей конструкцій подібного типу; зони рекомендованого згущення-розрідження сітки скінченних елементів тощо. За результатами досліджень установлені параметри скінченно-елементних моделей, які можуть бути застосовані для дослідження динамічних процесів і властивостей натурних бронекорпусів легкоброньованих машин.At the stage of design research of armored bodies of lightly armored vehicles it is extremely important to determine the range of their natural frequencies and natural forms of oscillation. For this purpose, the finite element method is usually used. It is necessary to substantiate the parameters of the finite element model, which provide an acceptable level of accuracy of numerical modeling of dynamic properties of this type of structures. For this purpose, data from parallel numerical and experimental studies of the mock-up of the armored hull of the armored personnel carrier are used. The mock-up of the upper projection of the armored hull is made in the appropriate scale. The material is sheet steel. This mock-up is subjected to dynamic excitation on a vibrating table. Resonant excitation frequencies are recorded, as well as the natural vibration forms. Shock-pulse excitation of the armored hull’s mock-up was also performed. The response to this excitation is recorded using accelerometers. Then, the spectrum of natural vibration frequencies is determined from these oscillograms. In parallel, numerical modeling of natural frequencies and natural vibration forms of the armored hull’s mock-up is carried out. After that, the results of numerical and experimental studies are compared. By varying the parameters of the finite element model, a satisfactory correspondence between the results of numerical calculations and experimental measurements is achieved. In particular, the following are determined: the acceptable type of used finite elements; the number of finite elements required to satisfy the accuracy of numerical modeling of the dynamic properties of similar structures; zones of the recommended thickening-rarefaction of a grid of finite elements, etc. According to the research results, the parameters of finite-element models have been established, which can be used to study the dynamic processes and properties of full-scale armored hulls of lightly armored vehicles.