Белов Н.Н.

"Вестник
Томского государственного
архитектурно-строительного университета"
N 2 2013 г.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

УДК 539.3

БЕЛОВ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ, докт. физ.-мат. наук, профессор,

n.n.belov@mail.ru

ЮГОВ НИКОЛАЙ ТИХОНОВИЧ, докт. физ.-мат. наук, профессор,

n.t.yugov@mail.ru

КОПАНИЦА ДМИТРИЙ ГЕОРГИЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор,

kopanitsa@mail.ru

ЮГОВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ, канд. техн. наук, доцент,

yugalex@mail.ru

СТУКАНОВ АНАТОЛИЙ ЛЕОНИДОВИЧ, канд. техн. наук, доцент,

ingrafika@mail.ru

МАМЦЕВ РОМАН СЕРГЕЕВИЧ, инженер,

mamtsevroman@mail.ru

УСТИНОВ АРТЕМ МИХАЙЛОВИЧ, магистрант,

artemustinov@bk.ru

Томский государственный архитектурно-строительный университет,

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

ИССЛЕДОВАНИЕ  ПРОЦЕССОВ  УДАРНОГО  ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ  СНАРЯДА  С  ПРОМЫШЛЕННЫМ  ОБЪЕКТОМ  ИЗ  ЖЕЛЕЗОБЕТОНА  МЕТОДОМ  КОМПЬЮТЕРНОГО  МОДЕЛИРОВАНИЯ

Приведены результаты математического моделирования ударного взаимодействия снаряда массой 200 кг с промышленным объектом из железобетона, представляющим собой трехэтажное здание с подвальным помещением. Снаряд состоит из стального стержня с конической головной частью в дюралюминиевой оболочке. За стальным стержнем расположен заряд взрывчатого вещества. Анализ прочности конструкции проведен в диапазоне скоростей встречи 500–1300 м/с и угле подхода снаряда к мишени 90°.

Ключевые слова: компьютерное моделирование; высокоскоростной удар; динамическое разрушение; прочность; бетон; железобетон.

Библиографический список

  1. Расчет железобетонных конструкций на взрывные и ударные нагрузки / Н.Н. Белов, Д.Г. Копаница, О.Г. Кумпяк, Н.Т. Югов // Northampton : STT; Томск : STT, 2004. – 466 с.
  2. Прогнозирование последствий высокоскоростного соударения метеоритных частиц с элементами защитных конструкций космических аппаратов / С.А. Афанасьева, Н.Н. Белов, М.В. Хабибулин [и др.] // Космические исследования. – 1997. – Т. 35. – № 5. – С. 480–486.
  3. Электрогидравлическая очистка внутренних полостей тепловых агрегатов от отложений / Г.Г. Волокитин, Н.Н. Белов, М.В. Хабибулин [и др.] // Теплофизика и аэромеханика. – 2000. – Т. 7. – № 4. – С. 451–457.
  4. Моделирование ударно-волнового прессования порошковой керамики на баллистическом стенде / Н.Н. Белов, А.А. Коняев, М.В. Хабибулин [и др.] // ПМТФ. – 1977. – T. 38. – № 1 – С. 43–50.
  5. Процессы ударного взаимодействия частиц керамических материалов при измельчении в пневмоциркуляционном аппарате / Н.Н. Белов, Ю.А. Бирюкова, Н.Т. Югов [и др.] // Теоретические основы химической технологии. – 2005. – Т. 39. – № 3. – C. 327–333.
  6. Влияние полиморфных фазовых превращений на процесс взрывного обжатия стальных шаров / Н.Н. Белов, А.А. Коняев, М.В. Хабибулин [и др.] // ФГВ. – 1997 – Т. 33. – № 5. – С. 128–136.
  7. Анализ высокоскоростного проникания сильно пористого ударника в мишень конечной толщины / С.А. Афанасьева, Н.Н. Белов, М.В. Хабибулин [и др.] // Изв. РАН. МТТ. – 1999. – № 2. – С. 91–100.
  8. Динамика высокоскоростного удара и сопутствующие физические явления / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, Д.Г. Копаница, А.А. Югов. – Northampton: STT; Томск : STT, 2005. – 360 с.
  9. Расчетно-экспериментальный метод анализа динамической прочности элементов железобетонных конструкций / Н.Н. Белов, О.В. Кабанцев, Д.Г. Копаница, Н.Т. Югов. – Томск : STT, 2004. – 466 с.
  10. Белов, Н.Н. Численный анализ разрушения в плитах при действии импульсных нагрузок / Н.Н. Белов, А.И. Корнеев, А.П. Николаев // ПМТФ. – 1985. – № 3. – С. 132–136.
  11. Компьютерное моделирование динамики высокоскоростного удара и сопутствующих физических явлений / Н.Н. Белов, В.Н. Демидов, Л.В. Ефремова [и др.] // Изд. вузов. Физика. – 1992. – № 8. – С. 4–48.
  12. Исследование процессов деформирования и разрушения хрупких материалов / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, С.А. Афанасьева [и др.] // Механика композиционных материалов и конструкций. – 2001. – Т. 7. – № 2. – С. 131–142.
  13. Исследование процессов динамического разрушения в мелкозернистом бетоне методом компьютерного моделирования / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, Д.Г. Копаница [и др.] // Вестник ТГАСУ. – 2001. – № 1. – С. 14–19.
  14. Проникание цилиндрических ударников в преграды из бетона и песчаного грунта / С.А. Афанасьева, Н.Н. Белов, Н.Т. Югов [и др.] // ДАН РФ. – 2002. – Т. 387. – № 5. – С. 1–4.
  15. Расчетно-экспериментальный метод анализа динамической прочности железобетонных конструкций / Н.Н. Белов, О.В. Кабанцев, Д.Г. Копаница, Н.Т. Югов. – Томск : STT, 2008. – 292 с.
  16. Расчет прочности железобетонных плит при высокоскоростном ударе / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, Д.Г. Копаница [и др.] // Вестник ТГАСУ. – 2004. – № 1. – С. 71–80.
  17. Модель динамического разрушения мелкозернистого бетона / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, Д.Г. Копаница, А.А. Югов // Вестник ТГАСУ. – 2005. – № 1. – С. 14–22.
  18. Математическое моделирование процессов динамического разрушения бетона / Н.Н. Белов, О.В. Кабанцев, А.А. Коняев [и др.] // Механика твердого тела. – 2008. – № 2. – С. 124–133.
  19. Расчет прочности железобетона на ударные нагрузки / Н.Н. Белов, О.В. Кабанцев, А.А. Коняев [и др.] // ПМТФ. – 2006. – Т. 47. – № 6 – С. 165–173.
  20. Разрушение железобетонных плит при высокоскоростном ударе / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, Д.Г. Копаница [и др.] // Вестник ТГАСУ. – 2006. – № 1. – С. 5–10.
  21. Анализ прочности моделей бетонных и железобетонных колонн при двукратном продольном ударе расчетно-экспериментальным методом / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, Д.Г. Копаница [и др.] // Вестник ТГАСУ. – 2006. – № 1. – С. 10–19.
  22. Расчет прочности железобетонных колонн на повторный продольный удар / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, Д.Г. Копаница [и др.] // Вестник ТГАСУ. – 2008. – Т. 49. – № 1. – С. 181–190.
  23. Расчет прочности железобетонных колонн на неоднократный продольный удар / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, Д.Г. Копаница [и др.] // Вестник ТГАСУ. – 2009. – № 4. – С. 68–77.
  24. Исследование прочности моделей стальных трубобетонных и железобетонных колонн на неоднократный торцевой удар падающего груза расчетно-экспериментальным методом / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, Д.Г. Копаница [и др.] // Механика композиционных материалов и конструкций. – 2010. – Т. 16. – № 2. – С. 181–190.
  25. Югов, Н.Т. Расчет адиабатических нестационарных течений в трехмерной постановке (РАНЕТ-3) / Н.Т. Югов, Н.Н. Белов, А.А. Югов // Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 201 061 1042. – М., 2010.
  26. Исследование прочности конструкций из пространственно-разнесённых железобетонных плит на высокоскоростной удар / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, О.Ю. Федосов [и др.] // Вестник ТГАСУ. – 2012. – № 2. – С. 70–80.
  27. Разрушение бетонных и железобетонных плит при высокоскоростном ударе и взрыве / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, Д.Г. Копаница [и др.] // Докл. РАН. – 2005. – Т. 401. – № 2. – С. 185–188.
  28. Сопоставление теории с результатами опытов по переходу горения в детонацию / Д. Пилчер, М. Бекстед, Л. Кристенсен, А. Кинг // Детонация и взрывчатые вещества: сб. статей. – М. : Мир, 1981.

______________________________

NIKOLAY N. BELOV, Dr. Tech. Sc., Prof.,

n.n.belov@mail.ru

NIKOLAY T. YUGOV, Dr. Tech. Sc., Prof.,

n.t.yugov@mail.ru

DMITRIY G. KOPANITSA, Dr. Tech. Sc., Prof.,

kopanitsa@mail.ru

ALEXEY A. YUGOV, Ph.D., Assoc. Prof.,

yugalex@mail.ru

ANATOLIY L. STUKANOV, Ph.D., Assoc. Prof.,

ingrafika@mail.ru

ROMAN S. MAMTSEV, engineer,

mamtsevroman@mail.ru

ARTEM M. USTINOV, master student,

artemustinov@bk.ru

Tomsk State University of Architecture and Building,

2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia

RESEARCH  OF  PROCESSES  OF  PROJECTILE  SHOCK  INTERACTION  WITH  INDUSTRIAL  FACILITY  FROM  REINFORCED  CONCRETE  CARRIED  OUT  BY  METHOD  OF  COMPUTER  SIMULATION

The results of mathematical modeling of shock interaction of the projectile, weighing 200 kg, with an industrial facility from reinforced concrete, representing a three-storied building with a basement are given in the article. The projectile is a steel rod with a conical warhead in duralumin shell. The explosive charge is located behind the steel rod. The analysis of structural durability was carried out in the speed range of 500–1300 m/s and in the angle of approach of projectile to the target 90°.

Key words: computer simulation; high-speed impact; dynamic demolition; durability; concrete; reinforced concrete.

References

  1. Belov, N.N., Kopanitsa, D.G., Kumpyak, O.G., Yugov, N.T. Raschet gelezobetonnih konstruktsii na vzrivnie i udarnie nsgruzki [Designing the reinforced concrete structures for blast and shockloadings] // Northampton : Tomsk : STT, 2004. – 466 p. (rus)
  2. Afanasjeva, S.A., Belov, N.N., Habibulin, M.V. Prognozirovanie posledstviy visokoskorostnogo soydareniya meteoritnih chastits s elementami zashitnih konstruktsiy kosmicheskih apparatov [Forecasting the effects of high-speed collision of meteoritic particles with elements of protective vehicle structures] // Kosmicheskie issledovaniya [Space research]. – 1997. – V. 35. – No. 5. – P. 480–486. (rus)
  3. Volokitin, G.G., Belov, N.N., Habibulin, M.V. Elektrogidravlicheskaya ochistka vnutrennih polostey teplovih agregatov ot otlojeniy [Electro-cleaning of internal cavities of heat units from deposits] // Teplofizika i aerodinamika [Thermophysics and Aeromechanics]. – 2000. – V. 7. – No. 4. – P. 451–457. (rus)
  4. Belov, N.N., Konyaev, A.A., Habibulin, M.V. Modelirovanie udarno-volvogo presovaniya poroshkovoy keramiki na ballisticheskom stende [Modeling of shock wave pressing of powder ceramic on ballistic bench] // Applied Mechanics and Technical Physics. – 1977. – V. 38. – No. 1. – P. 43–50. (rus)
  5. Belov, N.N., Biryukova, J.A., Yugov, N.T. Protsessi udarnogo vzaimodeystviya chastits keramicheskih materialov pri izmel’chenii v pnevmotsirkulyatsionnom apparate [Process of shock interaction of ceramic materials particles at crushing in the pneumocirculating device] // Teoreticheskie osnovi himicheskoy tehnologii [Theoretical Bases of Chemical Technology]. – 2005. – V. 39. – No. 3. – P. 327–333. (rus)
  6. Belov, N.N., Konyaev, A.A., Habibulin, M.V. Vliyanie polimorfnih fazovih prevrasheniy na protsess vzrivnogo objatiya stal’nih sharov [The influence of polymorphic phase transformations on the process of explosive compression of steel balls] // FGV [Physics of burning and explosion]. – 1997. – V. 33. – No. 5. – P. 128–136. (rus)
  7. Afanasjeva, S.A., Belov, N.N., Habibulin, M.V. Analiz visokoskorostnogo pronikaniya sil’no poristogo udarnika v mishen’ konechnoy tolschini [Analysis of high-speed penetration of highly porous striker in a target of finite thickness] // RAN MTT Publ. – 1999. – No. 2. – P. 91–100. (rus)
  8. Belov, N.N., Kopanitsa, D.G., Yugov, N.T. Dinamika visokoskorostnogo udara i soputstvuyuschie fizicheskie yavleniya [Dynamics of high-speed impact and related physical phenomena]. – Northampton,Tomsk, STT, 2005. – 360 p. (rus)
  9. Belov, N.N., Kabantsev, O.V., Kopanitsa, D.G., Yugov, N.T. Raschetno-experemental’niy metod analiza dinamicheskoy prochnosti elementov jelezobetonnih konstruktsiy [Computational and experimental method of dynamic strength analysis of reinforced concrete structures]. – Tomsk, STT, 2004. – 466 p. (rus)
  10. Belov, N.N, Korneev, A.I., Nikolaev, A.P. Chislenniy analiz razrusheniya v plitah pri deystvii impyl’snih nagruzok [Numerical analysis of fracture in slabs under pulsed loads] // [Applied Mechanics and Technical Physics. – 1985. – No. 3. – P. 132–136. (rus)
  11. Belov, N.N., Demidov, V.N., Efremova, L.V. Komp’uternoe modelirovanie dinamiki visikoskorostnogo udara i soputstvuyuschih fizicheskih yavleniy [Computer simulation of high-speed impact dynamics and related physical phenomena] // Izd-vo Vuzov. Fizika [Higher Education Institutions Publ.]. – 1992. – No. 8. – P.4–48. (rus)
  12. Belov, N.N., Yugov, N.T., Afanasjeva, S.A. Issledovanie protsessov deformirovaniya i razrusheniya hrupkih materialov [Investigation of deformation and fracture of brittle materials] // Mehanika kompozitsionnih materialov i konstruktsiy [Mechanics of composite materials and structures]. – 2001. – V. 7. – No. 2. – P. 131–142. (rus)
  13. Belov, N.N., Yugov, N.T., Kopanitsa, D.G. Issledovanie protsessov dinamicheskogo razrusheniya v melkozernistom betone metodom komp’uternogo modelirovaniya [Investigation of dynamic fracture processes in fine-grained concrete by method of computer simulation] // Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. – 2001. – No. 1. – P. 14–19. (rus)
  14. Afanasjeva, S.A., Belov, N.N., Yugov, N.T. Pronikanie tsilindricheskih udarnikov v pregradi iz betona i peschannogo grunta [The penetration of cylindrical strikers into barriers from concrete and sandy soil] // Reports of the Academy of Sciences (DAN). Scientific journal of the Presidium of Russian Academy of Sciences. – 2002. – V. 387. – No. 5. – P. 1–4. (rus)
  15. Belov, N.N., Kabantsev, O.V., Kopanitsa, D.G., Yugov, N.T. Raschetno-experimental’niiy metod analiza dinamicheskoy prochnosti jelezobetonnih konstruktsiy [Computational and experimental method of dynamic strength analysis of reinforced concrete structures]. – Tomsk,STT, 2008. – 292 p. (rus)
  16. Belov, N.N., Yugov, N.T., Kopanitsa, D.G. Raschet prochnosti jelezobetonnih plit pri visokoskorostnom udare [Strength design of reinforced concrete slabs at high-velocity impact] // Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. – 2004. – No. 1. – P. 71–80. (rus)
  17. Belov, N.N., Yugov, N.T., Kopanitsa, D.G. Model’ dinamicheskogo razrusheniya melkozernistogo betona [The model of dynamic fracture of fine grained concrete] // Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. – 2005. – No. 1. – P. 14–22. (rus)
  18. Belov, N.N., Kabantsev, O.V., Konyaev, A.A. Matematicheskoe modelirovanie protsessov dinamicheskogo razrusheniya betona [Mathematical modeling of dynamic fracture of concrete] // Mehanika tverdogo tela [Solid-state mechanics]. – 2008. – No. 2. – P. 124–133. (rus)
  19. Belov, N.N., Kabantsev, O.V., Konyaev, A.A. Raschet prochnosti jelezobetona na udarnie nagruzki [Strength design of reinforced-concrete at shock loadings] // PMTF [Applied Mechanics and Technical Physics]. – 2006. – V. 47. – No. 6. – P. 165–173. (rus)
  20. Belov, N.N., Yugov, N.T., Kopanitsa, D.G. Razrushenie jelezobetonnih plit pri visokoskorostnom udare [Destruction of reinforced concrete slabs at high velocity impact] // Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. – 2006. – No. 1. – P. 5–10. (rus)
  21. Belov, N.N., Yugov, N.T., Kopanitsa, D.G. Analiz prochnosti modeley betonnih i jelezobetonnih kolonn pri dvuhkratnom prodol’nom udare raschetno-experimental’nim metodom [Structural analysis of models of concrete and reinforced concrete columns at double longitudinal impact carried out by calculated and experimental method] // Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. – 2006. – No. 1. – P. 10–19. (rus)
  22. Belov, N.N., Yugov, N.T., Kopanitsa, D.G. Raschet prochnosni jelezobetonnih kolonn na povtorniy prodol’niy udar [Strength design of reinforced concrete columns at repeated longitudinal impact] // Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. – 2008. – No. 1. – P. 181–190. (rus)
  23. Belov, N.N., Yugov, N.T., Kopanitsa, D.G. Raschet prochnosni jelezobetonnih kolonn na nednokratniy prodol’niy udar [Strength design of reinforced concrete columns at multiple longitudinal impact] // Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. – 2009. – No. 4. – P. 68–77. (rus)
  24. Belov, N.N., Yugov, N.T., Kopanitsa, D.G. Issledovanie prochnosti modeliy stal’nih trubobetonnih i jelezobetonnih kolonn na neodnokratniy tortsevoy udar padayushego gruza raschetno-experimental’nim metodom [Research of strength of steeltube concrete and reinforced-concrete columns models to multiple end impact of falling cargo] // Mehanika kompozitsionnih materialov i konstruktsiy [Mechanics of composite materials and structures]. – 2010. – V. 16. – No. 2. – P. 181–190. (rus)
  25. Yugov, N.T., Belov, N.N., Yugov, A.A. Raschet adiabaticheskih nestatsionarnih techeniy v trehmernoy postanovke (RANET-3) [Calculation of adiabatic non-stationary flows in three-dimensional formulation (RANET-3)] // Federal’naya slujba po intellectual’noy sobstvennosti, patentam i tovarnim znakam. Svidetel’stvo o gosudarstvennoy registratsii programm dlya IBM № 201 061 1042 [Federal Agency for Intellectual Property, Patents and Trademarks. Certificate of state registration of computer programs no. 201 061 1042]. – Moscow, 2010. (rus)
  26. Belov, N.N., Yugov, N.T., Fedosov, O.Y. Issledovanie prochnosti konstruktsiy iz prostranstvenno-raznesennykh zhelezobetonnykh plit na vysokoskorostnoy udar [Research of structural strength of spatially separated concrete slabs at high-speed impact]// Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. – 2012. – No. 2. – P. 70–80. (rus)
  27. Belov, N.N., Yugov, N.T., Kopanitsa, D.G., Yugov, A.A. Razrushenie betonnih i jelezobetonnih plit pri visokoskorostnom udare i vzrive [The destruction of concrete and reinforced concrete slabs at high velocity impact and explosion] // Reports of the Academy of Sciences (DAN). Scientific journal of the Presidium of Russian Academy of Sciences. – 2005. – V. 401. – No. 2. – P. 185–188. (rus)
  28. Pilcher, D., Beksted, M., Kristensen, L. Sopostavlenie teorii s rezul’tatami opitov po perehodu goreniya v detonatsiyu [Comparison of the theory with the results of experiments on burning transition into detonation] // Ditonatsiya i vzrivchatie veschestva : Sb. statey [Detonation and explosives]. – Moscow, Mir, 1981. (rus)

Статья | (629 Кб)