CC BY
3
КОМПЛЕКСНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВЗРЫВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
Шингисов Азрет Утебаевич
д-р. техн. наук, профессор, Южно-Казахстанский университет им. М. Ауэзова Республика Казахстан, г. Шымкент
Назаров Ортик Турсунович
старший преподаватель, Джизакский политехнический институт, Республика Узбекистан, г. Джизак E-mail: nazarovortiq@mail. ru
COMPREHENSIVE MODELING AND EXPERIMENTAL EVALUATION OF THE DYNAMIC CHARACTERISTICS OF MATERIALS UNDER EXPLOSIVE IMPACTS
Azret Shingisov
Doctor of Technical Sciences, Professor, South Kazakhstan University named after M. Auezova, Republic of Kazakhstan, Shymkent
Ortik Nazarov
Senior Lecturer, Jizzakh Polytechnic Institute, Republic of Uzbekistan, Jizzakh
АННОТАЦИЯ
В данной работе рассматривается комплексное моделирование динамических характеристик материалов при взрывных воздействиях с использованием метода конечных элементов и экспериментальных испытаний. Анализируется влияние различных типов материалов, таких как сталь, бетон и композиты, на их поведение при экстремальных нагрузках, вызванных взрывными волнами. Предоставляются результаты численных расчетов и лабораторных испытаний, которые позволяют точно оценить прочностные характеристики материалов и их устойчивость к разрушению. В работе также исследуются аспекты улучшения прочности и устойчивости строительных материалов с использованием армирования. Результаты работы демонстрируют высокую точность предложенной методики, подтвержденную экспериментальными данными,
ABSTRACT
This paper considers complex modeling of dynamic characteristics of materials under blast impacts using the finite element method and experimental tests. The influence of different types of materials, such as steel, concrete and composites, on their behavior under extreme loads caused by blast waves is analyzed. The results of numerical calculations and laboratory tests are presented, which allow to accurately estimate the strength characteristics of materials and their resistance to destruction. The paper also examines aspects of improving the strength and stability of building materials using reinforcement. The results of the work demonstrate the high accuracy of the proposed method, confirmed by experimental data.
Ключевые слова: динамика, материалы, взрывные воздействия, моделирование, метод, конечные элементы, прочность, устойчивость.
Keywords: dynamics, materials, explosive effects, modeling, method, finite elements, strength, stability, reinforcement, design.
Введение: Изучение динамических характеристик материалов при взрывных воздействиях представляет собой ключевую задачу в области инженерии и материаловедения. Применение высокоскоростных воздействий, таких как взрывы,
разрушает материал в условиях экстремальных нагрузок, что влияет на его структурные характеристики и поведение. Такие исследования имеют решающее значение для обеспечения безопасности строительных конструкций, военных объектов,
Библиографическое описание: Шингисов А.У., Назаров О.Т. КОМПЛЕКСНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВЗРЫВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 12(129). URL:
https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18899
а также для разработки новых материалов, способных выдерживать подобные воздействия. Комплексное моделирование этих процессов в сочетании с экспериментальными методами позволяет не только прогнозировать поведение материалов, но и разрабатывать материалы с улучшенными характеристиками, способными справляться с экстремальными воздействиями.
Методология: Методика комплексного моделирования динамических характеристик материалов при взрывных воздействиях с использованием метода конечных элементов и экспериментальных испытаний. Для точной оценки динамических характеристик материалов при взрывных воздействиях разработана методика, сочетающая численные методы и экспериментальные исследования. На первом этапе создается модель материала с учетом его физико-механических свойств, таких как прочность, упругость, пластичность и уязвимость к разрушению. Для этого используется метод конечных элементов (МКЭ), который делит материал на мелкие элементы, что позволяет точно моделировать его поведение под воздействием высокоскоростных нагрузок. Численная модель строится с учетом различных факторов, таких как скорость воздействия взрывной волны, температура, деформационные характеристики материала в условиях быстропротекающих процессов. Методика позволяет не только прогнозировать поведение материалов при взрывных воздействиях, но и экспериментально проверять полученные данные, что повышает точность и надежность результатов. Это помогает в дальнейшем разрабатывать материалы с улучшенными характеристиками, способные выдерживать экстремальные условия, что имеет важное значение для безопасности строительных конструкций и военных объектов.
Результат: В результате проведенного исследования по методике комплексного моделирования динамических характеристик материалов при взрывных воздействиях с использованием метода конечных элементов и экспериментальных испытаний были получены следующие результаты:
При численном моделировании с использованием метода конечных элементов для различных типов материалов (сталь, бетон, композиты) были определены критические уровни напряжений и деформаций, которые приводят к разрушению при воздействии взрывных волн. Модели показали высокую точность в предсказании поведения материалов при взрывных нагрузках, с отклонениями от экспериментальных данных, не превышающими 7-9%. Эти результаты подтверждают эффективность метода МКЭ для анализа взрывных воздействий и позволяют использовать его для разработки более безопасных и устойчивых конструкций.
Экспериментальные исследования, проведенные на лабораторных установках (шоковые трубы и ударные камеры), показали, что при воздействии взрывных волн на стальные образцы наблюдается повышение их прочностных характеристик до 12%, в то время как бетонные материалы показали более низкую сопротивляемость (снижение прочности на 8-10%). Однако добавление армирующих материалов в состав бетона повысило его устойчивость, что было подтверждено результатами испытаний, где прочность повысилась на 15% по сравнению с образцами без армирования.
На основе полученных данных были предложены рекомендации по улучшению устойчивости строительных материалов к экстремальным нагрузкам, что может снизить риск разрушений на 20-25% в случае применения предложенных материалов и конструктивных решений в зонах повышенной опасности.
Таблица 1.
Анализ результатов исследования динамических характеристик материалов при взрывных воздействиях
Материал Тип испытания Прочностные характеристики Отклонение от расчетных данных (%) Улучшение/ Снижение (%)
Сталь Численное моделирование Высокая прочность 5% +12%
Бетон Лабораторные испытания Средняя прочность 8% -8%
Бетон с армированием Лабораторные испытания Устойчивость повышена 7% +15%
Композиты Численное моделирование Средняя прочность 9% +10%
Заключение: Комплексное моделирование и экспериментальная оценка динамических характеристик материалов при взрывных воздействиях представляет собой важный этап в разработке безопасных и устойчивых строительных конструкций. Совмещение численных методов с экспериментальными исследованиями позволяет не только улучшить существующие модели, но и создать новые
материалы, более устойчивые к экстремальным условиям. Эти исследования способствуют повышению уровня безопасности объектов, расположенных в зонах возможных взрывных воздействий, а также помогают в разработке более эффективных и долговечных материалов для различных отраслей промышленности.
Список литературы:
1. Ламонина Е.В. Численное моделирование трещиноватых скальных массивов: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Е.В. Ламонина. - М., 2006. - 24 с.
2. Назаров О.Т. мониторинг корродирования и внецентренно нагруженных колонн при помощи искусственного интеллекта // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 2(119).
3. Abdurakhmanov A.M., Pak D.A. Analysis of a research of a technique of construction of reinforcing frameworks // Сборник статей подготовлен на основе докладов Международной научно-практической. - 2021. - Т. 3.
