CC BY
2
5. Кокарева В.В. Имитационное моделирование производственных процессов в рамках концепции «Бережливого производства»/ В.В. Кокарева, В.Г. Смелов, И.Л. Шитарев // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева. 2012, Т.3, №3(34). С.131-136.
6. Махитько В.П. Имитационное моделирование в мелкосерийном производстве/ В.П. Махитько, И.Н. Хаймович, А.С. Клентак // Вестник Самарского муниципального института управления. 2019. №3. С.17- 25.
7. Батищев В.И. Концепция информационной среды в организации производства на предприятии с применением оптимизации маршрутов обработки деталей / В.И. Батищев, И.Н. Хаймович, В.И. Марков, А.Н. Макашов // Вестник Самарского муниципального института управления. 2019. №3. С.77- 85.
8. Хаймович И.Н. Имитационное моделирование производственного цикла изготовления провода/ И.Н. Хаймович, Д.Г. Скрипачёв, С.Ю. Колесникова// Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. КоролевА. 2015. Т.14, №4. С.151-155.
9. Колеганова Е.А. Применение имитационного и нейросетевого моделирования для определения сроков выполнения новых заказов и снижения рисков производственной деятельности/ Е.А. Коллеганова, А.И. Хаймович// Проблемы и перспективы развития двигателестроения / Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева. Самара, 2021. С.264-266.
10. Колеганова Е.А. Обзор методов решения задач планирования и управления сложными производственными процессами на примере CAM-центра Самарского университета/ Е.А. Коллеганова, А.И. Хаймович// Вестник Международного института рынка. 2020. №1. С.126-130.
Киселева Полина Игоревна, студент, [email protected], Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева,
Хаймович Александр Исаакович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева,
Печенин Вадим Андреевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
INTEGRATION OF VIDEO MONITORING SYSTEMS OF MOTION OF A PART-ASSEMBLY UNIT DURING PRODUCTION WITH THE ANY LOGIC SIMULATION MODELING SYSTEM
P.I. Kiseleva, A.I. Khaimovich, V.A. Pechenin
To plan production using video monitoring technology for the movement of a part-assembly unit, a simulation model of a production cell was developed in the AnyLogic software product on the basis of the Technology Center for CAM Technologies of the Samara National Research University.
Key words: simulation modeling, lean manufacturing, video monitoring, part, discrete event method.
Kiseleva Polina Igorevna, student, [email protected], Russia, Samara, Samara National Research University,
Khaimovich Alexander Isaakovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, [email protected], Russia, Samara, Samara National Research University,
Pechenin Vadim Andreevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Samara, Samara National Research University
УДК 623.4
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-394-395
ВЫСОКОСКОРОСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПО ОЦЕНКЕ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПУЛИ
СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ
А.А. Громов, М.С. Воротилин, Ю.В. Чебурков, В.И. Петренко, А.С. Ишков
Проведено исследование по оценке баллистической стойкости горячекатаных листов конструкционной стали с номинальным пределом текучести 355 МПа. Баллистические испытания проводились 7,62-мм бронебойными пулями на монолитных и многослойных конфигурациях как в состоянии «заготовки» (AR), так и в состоянии «закалка в корпусе» (CH).
Ключевые слова: выстрел, баллистика, стрелковое оружие, пуля.
Введение. Устойчивость многослойных пластин к пробиванию по сравнению с монолитными пластинами является предметом исследований и споров на протяжении длительного времени [1, 2]. На балансировочную способность многослойных плит влияет множество параметров, например, скорость удара, прочность и пластичность материала, расстояние между плитами-мишенями, расстояние между ними и их толщина, а также порядок расположения плит, если они изготовлены из разнородных материалов или имеют разную толщину. В существующей литературе имеются исследования многослойных пластин с различными сочетаниями, указанных выше параметров. Поскольку ламинирование может упростить изготовление, транспортировку и монтаж защитных конструкций, основными целями этих исследований были либо совершенствование конструкции защитных сооружений, либо определение выигрыша или проигрыша в прочности при использовании многослойных конфигураций.
Более конкретно, Marom I., Bodner S. R. [3] обнаружили, что многослойность может быть полезной для защиты от пробития круглыми, относительно мягкими свинцовыми пулями. Позднее Corran R. S. [4] обнаружили, что многослойные мишени работают лучше, чем монолитные, когда толщина пластин мишени превышает 4-б мм. Кроме того, они подчеркнули, что эффект многослойности в значительной степени зависит от формы и твердости носовой части снаряда, а также от скорости удара. Влияние формы носовой части было следующим.
Примером могут служить исследования скоростных ударов суббоеприпасов, проведенные Dey S. [5]. Двухслойные (2 х б мм) стальные пластины-мишени показали гораздо лучшие результаты, чем одна пластина толщиной 12 мм, при ударе тупоносым снарядом, в то время как монолитная конфигурация имела более высокую стойкость к пробитию оживально-носовыми снарядами той же массы (см. также Teng [1, б]). Напротив, при ударах по тонким пластинам с малыми скоростями баллистическая способность снижалась при наслоении для обеих форм носа [б], но в большей степени для оживальных, чем для тупоносых ударных элементов. Незначительное или отрицательное влияние слоистости было обнаружено в работах Gupta N. K. и Madhu V. [7]. Gupta N. K. [8], Iqbal M. A. [9], Iqbal M. A. и Gupta N.K. [10]. Другие исследования также подчеркивают сложность этой проблемы, например, работы [11-14]. Недавно Ben-Dor G. [2] представили современный обзор оптимизации многослойных конфигураций и пришли к выводу, что механизм перфорации и скоростной режим сильно влияют на баллистическую способность. Borvik T. [1б] и Holmen J. K. [15] сообщили, что прочность материала является наиболее важным параметром для сопротивления перфорации, но если локальная пластичность недостаточна для предотвращения фрагментации, то предельная баллистическая скорость может фактически уменьшаться с увеличением прочности [17]. Поверхностное упрочнение относительно слабых и пластичных стальных пластин теоретически может повысить прочность материала, сохраняя при этом пластичность. Lou D. C. [18] провел экспериментальное исследование баллистической перфорации стальных пластин, упрочненных поверхностью, и обнаружили, что предельная баллистическая скорость значительно увеличилась после процедуры поверхностного упрочнения. Однако основное внимание в этом исследовании уделялось не баллистической перфорации, а металлургическим аспектам процедуры, также известной как упрочнение корпуса. Упрочнение корпуса - это производственный процесс, обычно используемый для получения твердой и долговечной внешней поверхности, и пластичной внутренней сердцевины, например, винтов, болтов, гаек, шестерен, стопорных скоб и технологичного оборудования. Стали с содержанием углерода 0,13-0,20% и ферритно-перлитной структурой можно науглероживать, помещая образец в среду, богатую углеродом, при температуре от 850 °C до 950 °C. При такой повышенной температуре сталь превращается в аутентичную структуру, которая может содержать больше углерода, чем исходная структура, что приводит к диффузии атомов углерода на поверхность образца. После охлаждения получаем крупнозернистую мартенситную структуру, которую можно повторно сформировать путем последующей термической обработки. Отпуск обычно проводится в конце процесса, чтобы уменьшить внутренние напряжения. В зависимости от деталей термообработки получают мартенситную поверхность с ферритной или мартенситной сердцевиной [19, 21].
Экспериментальными целями данного исследования являются изучение того, насколько пропускная способность многослойных пластин-мишеней сопоставима с монолитными мишенями одинаковой общей толщины, и сравнение производительности пластин, закаленных в корпусе, с пластинами в исходном состоянии. Представляем баллистические предельные скорости, полученные в результате многочисленных ударов бронебойными пулями калибра 7,б2 мм, а также тесты на одноосное растяжение и твердость по Виккерсу. На основе этих испытаний материалов были откалиброваны модуляторы характеристик и отказов. В числовой части статьи была оценена прогностическая способность моделирования конечных элементов с использованием разделения узлов на основе экспериментальных результатов.
Изменение свойств материала по толщине пластин в результате процедуры упрочнения в корпусе было включено в модели конечных элементов. В статье представлен метод, который масштабирует начальный предел текучести в исходной модели в зависимости от твердости по Виккерсу, эффективно принимая во внимание это изменение. Метод предполагает пропорциональность между твердостью по Виккерсу и предельным инженерным растягивающим напряжением (UTS).
Поскольку при закалке поверхность стальных пластин становится менее вязкой, чем сердцевина, мы использовали расщепление узлов, пытаясь смоделировать возникающие квазипрочные механизмы перфорации, наблюдаемые при ударных испытаниях. Расщепление узлов является альтернативой эрозии элементов для введения разрушения в конечно-элементную модель. В прошлом ему уделялось некоторое внимание, в частности, для двумерных задач [21-23]. В данном исследовании мы использовали общую трехмерную модель, доступную в IMPETUS Afea Solver [25], которая ранее применялась, например, в работах Holmen. Преимущества разделения узлов заключаются в том, что разрушение не подразумевает удаления элемента, а значит, потери массы и энергии могут быть снижены по сравнению с эрозией элемента, и что фрагментация может быть отражена благодаря явному моделированию роста трещины. Однако исследования, в которых используется метод расщепления узлов, все еще редки, и дальнейшая оценка применения этого метода в анализе структурных воздействий, безусловно, необходима.
Материалы NVE 3б стальных пластин. NVE 3б - конструкционная сталь с содержанием углерода 0,15 % и номинальным пределом текучести 355 МПа. Его предполагаемые области применения - конструктивные элементы во времени. В данном исследовании рассматриваются горячекатаные листы с размерами в плоскости 300 мм x 300 мм и тремя различными толщинами: 12 мм, б мм и 4 мм либо в монолитном исполнении (1 x 12 мм) конструкциях из материала (2 x б мм и 3 x 4 мм). В таблице 1 приведен полный химический состав стали. Некоторые пластины испы-тывались в том виде, в каком они были получены (AR), а некоторые пластины перед испытанием подвергались упрочнению (CH), что означает, что их выдерживали в среде, богатой углеродом, при повышенных температурах для повышения прочности поверхности при сохранении относительно неизменной сердцевины.
Таблица 1
Химический состав полученных стальных пластин ЫУБ 36 в ^соответствии сертификатами на материал
C Si Mn S P Al Nb Cr Ni Cu Мо V Ti
12 мм 0.15 0,35 1,50 0,010 0,007 0,044 0.037 0,019 0,044 0,001 0,002 0,002 0,002
б мм 0,15 0,2б 1,48 0,00б 0,018 0,03б 0,023 0,03 0,01 0,04 0,004 0,003 0,015
4 мм 0,15 0,2б 1,48 0,00б 0,018 0,03б 0,023 0,03 0,01 0,04 0,004 0,003 0,015
Процедура закалки основывалась на ряде ранее проведенных экспериментальных исследований (например, в работе [24]). Вначале пластины подвергались науглероживанию в шахтной печи при температуре 920 °С в течение 4 ч для пластин толщиной 4 мм и 6 ч для пластин толщиной 6 мм и 12 мм с последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры. Затем пластины повторно нагревались до температуры 920 °С в течение более короткого промежутка времени, при этом принимались меры к тому, чтобы пластины были горячими по всей толщине в течение не менее 10 мин, после чего они закаливались в 10 %-ном растворе №ОН. Наконец, все пластины подвергались закалке при температуре 245 °С в течение 2 ч.
Тестирование материалов. Проведено два типа испытаний материалов: квазистатические испытания на одноосное растяжение и испытания на твердость по Виккерсу. Испытание на растяжение проводилось на образцах, извлеченных из сердцевины 12-мм пластин AR и СН, при этом каждая пластина в обоих условиях подвергалась испытанию на твердость по Виккерсу. Цилиндрические образцы обрабатывали в направлении прокатки пластины и использовали при испытании на растяжение (геометрию см., например, в статье [15]). Номинальный диаметр сечения калибра 40 мм составлял 6 мм, а скорость перемещения поперечины во время испытаний составляла 1,2 мм/мин, что давало начальную скорость деформации 5,0 х 104 с1. Калиброванный тензодатчик регистрировал усилие F, в то время как микрометр с лазерным сканированием, установленный на подвижной раме, непрерывно измерял минимальный диаметр в двух перпендикулярных направлениях вплоть до разрушения. На рис. 1 представлено среднее истинное напряжение st в зависимости от пластической деформации sp по результатам репрезентативных испытаний.
Plastic strain
Рис. 1. Напряжение Коши (истинное), построенное по зависимости пластической деформации от разрушения при испытаниях на растяжение, и эквивалентное напряжение, построенное по зависимости эквивалентной пластической деформации от калиброванной линейки упрочнения Voce
Эти величины были рассчитаны так:
Е" = Е-Ее=1п(£)-|, (1)
где £ - средняя логарифмическая деформация, £е- упругая деформация, Е = 210 000 МПа - модуль Юнга, А0 - начальная площадь, а А - текущая минимальная площадь поперечного сечения образца, тогда как и - минимальные диаметры пластины по толщине и в поперечном направлениях соответственно. В этом исследовании мы принимаем коэффициент Пуассона п равным 0,33.
As received Case hardened
As received Case hardened
1ft
Л.
А Ил f JL
S aoo
A
<
1 £
A C;
t; 400
, . 200.
Л 2 ем
I * а 1 м S 40D
As received Case hardened
л
A
2 4 В В 10 Position through the thickness {mm)
2 4 6 3 10 Position through the thickness (mm)
0 2 4 6 S 10 12 Position through the thickness (mm)
Puc. 2. Результаты измерений твердости no толщине конструкций мишени: значение твердости по Виккерсу приведены в кг/мм2: (а) пластина 12 мм, (б) пластины 2 x 6 мм и (в) пластины 3 x 4 мм, пластина диаметром 6 мм и 4 мм была измерена, чтобы подтвердить, что твердость составляла приблизительно 200 кг/мм2
Распределение твердости по толщине пластин показано на рис. 2. Ромбовидный индентор весом 0,2 кг прижимали к поверхности материала и удерживали постоянным в течение 15 с. Твердость по Виккерсу (HV) определяется как нагрузка, деленная на площадь поверхности вдавливания [20]. На образце были сделаны углубления примерно в 15 мм от края канала для проникновения. Оставили 80 цт между каждым углублением вблизи поверхности, но интервал между углублениями был увеличен вблизи центра образца. Изучив рис. 2, мы обнаружили, что упрочнение корпуса привело к увеличению толщины пластины по всей толщине за счет быстрого охлаждения всего поперечного сечения, но поверхностных областей больше, чем сердцевины. Файлы твердости для двух 6-мм пластин различаются (рис. 2б) из-за ошибки, допущенной при обработке самой мягкой из двух пластин, но это различие не имеет большого значения в настоящем исследовании.
Рис. 3. Микрофотографии (а) структуры феррит/перлит в состоянии AR, (б) мартенситной структуры сердцевины 12-мм пластины и (в) мартенситной структуры вблизи поверхности 12-мм пластины
Микрофотография на рис. 3 подтверждает, что пластины NVE 36 толщиной 12 мм в состоянии AR состоят из феррита (светло-серого) и перлита (черного). На рис. 3б соответственно, показана микроструктура в сердцевине и на поверхности пластины CH толщиной 12 мм. Мартенсит является доминирующей микроструктурой в обоих положениях. В целом, мартензит снижает пластичность сталей, но увеличивает их твердость [25, 30].
Баллистические испытания и программа тестирования. Использовались 7,62-мм бронебойные пули по мишени. Пули имели общую массу около 10,5 г, включая сердечник из закаленной стали в форме оживала массой около 5 г, латунную оболочку и свинцовый колпачок (рис. 4). Расстояние между дулом и мишенью составляло 1 м, а винтовка была установлена в жесткой стойке и выстреливала с безопасного расстояния с помощью магнитного спускового крючка. Изменяя количество пороха в патроне, мы могли заранее определять скорость поражения с точностью ± 20 м/с. Высокоскоростная камера Phantom v1610, работающая со скоростью 75 000 кадров в секунду, зафиксировала событие проникновения, и эти записи с камеры использовались для оптического измерения точной поражающей и остаточной скоростей пули. На рис. 5 показаны некоторые изображения процесса перфорации, полученные в ходе отдельных испытаний на удар.
С г-
27.fi
34.9
Рис. 4. бронебойная пуля калибра 7,62 мм
Целью баллистических испытаний было определение предельных баллистических скоростей различных конфигураций цели. Были испытаны шесть емкостей: пластины 12 мм, 2 x 6 мм и 3 x 4 мм как в условиях AR, так и CH. Ни одна из пластин размером 300 х 300 мм не пострадала более чем от девяти ударов. Скорости удара варьировались от 450 м/с до 915 м/с для образований в состоянии AR и от 680 м/с до 915 м/с для образований в состоянии CH. Мы провели в общей сложности 57 успешных испытаний на удар.
Результаты испытаний. На рис. 6a показаны остаточные скорости по результатам всех испытаний на баллистическое воздействие, построенные в зависимости от скорости удара. Баллистические предельные скорости и кривые зависимости остаточной скорости от начальной были найдены на основе наилучшего соответствия обобщенной модели Recht R. F. и Ipson T. W. [27], также известного как уравнение уравнения Ламберта-Джонаса [32], экспериментальным данным. Уравнение представлено в виде
vr = a(vf -<)1/Р (2)
где vr - остаточная скорость, vt - начальная/поражающая скорость и vbl - предельная скорость баллистики; a и p -параметры модели, управляющие формой кривой баллистического предела. В таблице 2 приведены баллистические предельные скорости и установленные параметры модели.
а
О ßet 1 ■
67 ßts
160 л* тщ IV
-Г 4-
Рис. 5. Некоторые изображения процесса перфорации: (a) пластина AR 12 мм: Vt = 745 м/с, Vr = 501 м/с; (b) пластина CH12 мм: с Vt = 789 м/с, Vr = 308 м/с; (с) АР 3 х 4 мм кон: Vt = 703 м/с, Vr = 445 м/с; и (d) конфигурация 3 x 4 мм конфигурация: с Vi = 815 м/с, Vr = 392 м/с
Баллистические предельные скорости и параметры уравнения Ламберта-Джонаса
Таблица 2
Эксперименты Vhl (м/с) а Р Моделирования VM (м/с) а Р
АР 12 мм 579 1,00 2,21 548 1,00 2,10
2 х 6 мм 592 1,00 2,21 541 1,00 2,13
3 х 4 мм 571 1,00 2,36 507 1,00 2,08
CH 12 мм 737 1,00 2,06 719 1,00 2,15
2 х 6 мм 719 1,00 2,17 697 1,00 2,11
3 х 4 мм 703 1,00 2,06 755 1,00 2,00
Анализ результатов испытаний. Обнаружена, что процедура упрочнения корпуса оказала заметное влияние на стойкость пластин к перфорации (рис. 6а и 7). Предельная баллистическая скорость в состоянии СН увеличилась более чем на 20 % по сравнению с состоянием AR, независимо от расслоения. Это было ожидаемо, поскольку средняя прочность и твердость плит СН значительно выше. На данный момент невозможно сделать определенных окончательных выводов относительно эффектов наслоения, основываясь на ограниченных данных этого исследования. Однако, похоже, что предельная баллистическая скорость не увеличивается с увеличением количества слоев для этой формы носа, указывая на то, что ламинирование не является для баллистической защиты от пули с оживленным носом в этом скоростном режиме. Условие СН, по-видимому, является чувствительным для ламинирования, и даже несмотря на то, что средняя твердость по толщине ламинированных целевых консистенций выше, чем для монолитной пластины мы наблюдаем снижение предельной баллистической скорости почти на 5% с пластины размером 12 мм до пластины размером 3 х 4 мм. Наши результаты в отношении ламинирования АР плиты не являются окончательными, но похоже, что баллистический предел скорости не существенно зависит от слоения конфигурации для этого условия.
Рис. 6. (а) Результаты экспериментальных испытаний на баллистический удар, (Ь) результаты численного
моделирования испытаний на баллистический удар
Представляется, что степень глобальной деформации и степень фрагментации могут помочь объяснить баллистические результаты. Пластины AR демонстрировали почти идеальные пластические свойства, описанные в источнике [33]. Преобладающим механизмом перфорации был пластичный рост отверстий, но на задней стороне некоторых пластин было замечено ограниченное образование лепестков. Также можно было бы идентифицировать приготовленное отдельно блюдо. Блюдо росла и распространялась все дальше от зоны воздействия для увеличения количества слоев (тонкие пластинки), которые могли бы противодействовать падению перфорация сопротивление, которое, как ожидается, слоистых плит сраженные пулями с этим форма носа (см., например, [5]). В отличие от пластичных свойств пластин AR, пластины CH практически не деформировались. Общая толщина пластичного материала уменьшается с увеличением количества слоев (рис. 2), а низкая пластичность способствует дроблению. Фрагментация, наряду с сильным лепесткообразованием, наблюдалась в нескольких испытаниях. Эти различия в перфорации механизмы могли бы объяснить, почему состояние CH более чувствительно к наслоению, чем состояние AR.
900
«•000
?
= 700
Q
J5
6
> 600
I
Я 500
~<л
ПЗ
m 400 300
Рис. 7. Предельная баллистическая скорость как функция конфигурации пластины как для экспериментов,
так и для моделирования
Таким образом, экстраполировать результаты этого исследования следует с осторожностью. Форма и размер в носовой части пули влияют на эффект наслаивания. Например, Dey S. [5] обнаружили, что предельная баллистическая скорость слоистой мишени была ниже, чем у монолитной мишени, когда они подвергались удару 20-мм
■ СН expenments
• СН émulations
• AR oxpcfimonts
• AR simufetions
12 mm 2x6 mm 3x4 mm
Plate configuration
снарядов с оживленным носом. С другой стороны, многослойные мишени были выгодны, когда поражающий снаряд имел тупую головку. Flores-Johnson E. A. [13] пришли к выводу, что монолитные пластины, поражаемые пулями AP калибра 7,62 мм, имеют несколько лучшие баллистические характеристики, чем многослойные пластины, изготовленные из того же материала, но их материал (Weldox 700 E) обладает значительно большей прочностью, чем у NVE 36 [13, 14].
Список литературы
1.Teng X., Dey S., Borvik T., Wierzbicki T. Protection performance of double-layered metal shields against projectile impact. JMech Mater Struct 2007; 2 :1309-30.
2.Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Investigation and optimization of protective properties of metal multi-layered shields: a review. IntJ Prot Struct 20l2;3:275- 91.
3.Marom I., Bodner S.R. Projectile perforation of multi-layered beams. IntJ Mech Sci 1979;21:489-504.
4.Corran R.S., Shadbolt P.J., Ruiz C. Impact loading of plates - an experimental investigation. IntJ Impact Eng1983;1:3-22.
5.Dey S., Borvik T., Teng X., Wierzbicki T., Hopperstad O.S. On the ballistic resistance of double-layered steel plates: an experimental and numerical investigation. Int J Solids Struct 2007;44:6701-23.
6. Holmen J.K., Hopperstad O.S., Borvik T. Low-velocity impact on multi-layered dualphase steel plates. IntJ ImpactEng2015;78:161-77.
7. Gupta N.K., Madhu V. An experimental study impact of hard-core projectiles on single and layered plates. IntJ Impact Eng1997;19:395-414.
8.Gupta N.K., Iqbal M.A., Sekhon G.S. Effect of projectile nose shape, impact velocity and target thickness on the deformation behavior of layered plates. Int J Impact Eng 2008;35:37-60.
9. Iqbal M.A., Chakrabarti A., Beniwal S., Gupta N.K. 3D numerical simulations of sharp nosed projectile impact on ductile targets. IntJ Impact Eng 2010;37:185-95.
10. Iqbal M.A., Gupta N.K. Ballistic limit of single and layered aluminium plates. Strain 2011;47:205-19.
11. Almohandes A.A., Abdel-Kader M.S., Eleiche A.M. Experimental investigation of the ballistic resistance of steel-fiberglass reinforced polyester laminated plates. Compos Part B Eng 1996;27:447-58.
12. Zukas J.A., Scheffler D.R. Impact effects in multilayered plates. IntJ Impact Eng 2001;38:3321-8.
13. Flores-Johnson E.A., Saleh M., Edwards L. Ballistic performance of multi-layered metallic plates impacted by a 7.62-mm APM2 projectile. Int J Impact Eng 2011;38:1022-32.
14. Deng Y., Zhang W., Cao Z. Experimental investigation on the ballistic resistance of monolithic and multi-layered plates against ogival-nosed rigid projectile impact. Mater Des 2013;44:228-39.
15. Holmen J.K., Johnsen J., Jupp S., Hopperstad O.S., Borvik T. Effects of heat treatment on the ballistic properties of AA6070 aluminium alloy. Int J Impact Eng 2013;57:119-33.
17. Holmen J.K., Johnsen J., Hopperstad O.S., Borvik T. Influence of fragmentation on the capacity of aluminum alloy plates subjected to ballistic impact. EurJ Mech A/ Solids 2016;55:221-33.
18. Lou D.C., Solberg J.K., Borvik T. Surface strengthening using a self-protective diffusion paste and its application for ballistic protection of steel plates. Mater Des 2009;30:3525-36.
19. Leslie W.C. The physical metallurgy of steels. Washington: Hemisphere Publishing Corporation; 1981.
20. Metallurgy D.G. Mechanical. SI Metric Edition. London: McGraw-Hill Book Company; 1988.
21. Xu X-P, Needleman A. Numerical simulations of fast crack growth in brittle sol- ids. JMech Phys Solids 1994;42:1397-434.
22. Camacho G.T., Ortiz M. Computational modeling of impact damage in brittle materials. IntJ Solids Struct 1996;33:2899-938.
23. Komori K. Simulation of shearing by node separation method. Comput Struct 2001;79:197-207.
24. Buberg T.A. Case hardening of Hardox 450 steel for increased ballistic strength. Trondheim: Norway: Department of Materials Science and Engineering, Norwegian University of Science and Technology (NTNU) [master's thesis]; 2011.
25. Orthe E., Thorsen H. Ballistic perforation of surface hardened mild steel plates. Trondheim: Norway: Structural Impact Laboratory (SIMLab), Norwegian University of Science and Technology (NTNU) [master's thesis]; 2014.
26. Wikipedia contributors. Martensite [internet]. Wikipedia, The Free Encyclopedia; 2016-06-11, [cited 201607-26]. Available from: http://en.wikipedia.org/ wiki/Martensite.
27. Recht R.F., Ipson T.W. Ballistic perforation dynamics. J Appl Mech 1963;30:384- 90.
Громов Алексей Александрович, курсовой офицер - преподаватель, соискатель, [email protected]. Россия, Пенза, Филиал Военной академии МТО имени генерала армии А.ВХрулева,
Воротилин Михаил Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, проректор ТулГУ, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чебурков Юрий Викторович, старший преподаватель, [email protected], Россия, Пенза, Филиал Военной академии МТО имени генерала армии А.ВХрулева,
Петренко Виктор Иванович, канд. техн. наук, заместитель начальника кафедры, Россия, Пенза, Филиал Военной академии МТО имени генерала армии А.ВХрулева,
Ишков Антон Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected]. Россия, Пнза, Пензенский государственный университет
A STUDY ON THE ASSESSMENT OF BALLISTIC EFFECTS OF SMALL ARMS BULLETS
A.A. Gromov, M.S. Vorotilin, Yu.V. Cheburkov, V.I. Petrenko, A.S. Ishkov
A study was conducted to assess the ballistic resistance of hot-rolled sheets of structural steel with a nominal yield strength of355 MPa. Ballistic tests were carried out with 7.62mm armor-piercing bullets on monolithic and multilayer configurations both in the "blank" (AR) state and in the "body hardening" (CH) state. Key words: shot, ballistics, small arms, bullet.
Gromov Alexey Alexandrovich, course officer - teacher, applicant, [email protected], Russia, Penza, Branch of the Military Academy of the MTO named after Army General A. V.Khrulev,
Vorotilin Mikhail Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, vice-rector of Tula State University, Russia, Tula, Tula State University,
Cheburkov Yuri Viktorovich, senior lecturer, [email protected], Russia, Penza, Branch of the Military Academy of the MTO named after Army General A. V.Khrulev,
Petrenko Viktor Ivanovich, candidate of technical sciences, deputy head of the department, Russia, Penza, Branch of the Military Academy of the MTO named after Army General A. V. Khrulev,
Ishkov Anton Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, asihkov@mail. ru, Russia, Pnza, Penza State
University
УДК 623.4
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-400-401
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОПАДАНИЯ ПУЛИ С ПОМОЩЬЮ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЗМЕРЕНИЯ И ВИДЕОФИКСАЦИИ ПОЛЕТА
А.А. Громов, Е.И. Минаков, М.А. Чашечников, В.И. Петренко, А.С. Ишков
Знание условий попадания имеет решающее значение для оценки ударных характеристик снаряда. Для пули малого калибра скорость полета в воздухе десятилетиями точно измерялась с помощью детекторных экранов, но точная количественная оценка ориентации пули на цели была более сложной задачей. В этом отчете представлен метод автоматизированной фотограмметрии стрелкового оружия (ASAP), используемый для измерения, моделирования и прогнозирования ориентации пули малого калибра до достижения поверхности удара. ASAP использует передовое оборудование, разработанное компанией «Sydor-Technologies», для записи серии цифровых фотографий в инфракрасном диапазоне. Отдельные изображения (четыре ортогональные пары) обрабатываются с использованием алгоритмов компьютерного зрения для количественной оценки ориентации снаряда и переназначения его точного положения и ориентации в трехмерную фиксированную систему координат. Модель эпициклического движения соответствует измеренным данным, и эпициклическое движение экстраполируется на целевое местоположение. Результаты анализа являются достаточно мгновенными и могут быть пересмотрены во время тестирования. Демонстрационные испытания показали, что возможность прогнозирования угла удара составляет менее шести сотых градуса для испытанного шарового патрона диаметром 5,56мм.
Ключевые слова: рыскание, терминальная баллистика, внешняя баллистика, испытание и оценка, компьютерное зрение, обработка изображений, угол атаки.
Введение. При попадании в цель конечные баллистические характеристики снаряда сильно зависят от множества факторов, включая: скорость удара, ориентацию пули, конструкцию пули, состав мишени, ориентацию мишени и геометрию испытания. Ориентацию мишени легко контролировать, поскольку при испытании боеприпасов малого калибра (диаметр гравировки менее 20 мм) мишень обычно неподвижна. Скорость пули десятилетиями измерялась с помощью экранов обнаружения света, которые имеют хорошо зарекомендовавшую себя точность. Ориентация пули, однако, является более сложной частью информации для точной количественной оценки.
Существует два важных аспекта ориентации на воздействие, которые должны быть определены. первым является угол наклона, который представляет собой угловую разность между вектором нормали к поверхности мишени и вектором скорости летящего снаряда [1]. Для большинства снарядов проникающего типа эффективность пробивания улучшается по мере того, как угол наклона приближается к нулю. Во время тестирования углом наклона можно управлять, ориентируя поверхность мишени так, чтобы она была перпендикулярна траектории пули в месте попадания.
Другим аспектом ориентации удара, который следует учитывать, является угол атаки (AoA). AoA - это разность углов между вектором скорости снаряда и его продольной осью, также известная как направление наведения. Во время полета продольная ось аксиально-симметричного снаряда, стабилизированного вращением, вращается вокруг своего вектора пяти координат по схеме известной как эпициклическое движение. Это будет подробно рассмотрено позже в этом отчете [2]. При оценке ударного воздействия профессионального снаряда на цель, AoA имеет особое значение, поскольку более низкие значения AoA приводят к улучшению пробивных характеристик [3].
400
