CC BY
21
Никольский Сергей Валентинович, канд. воен. наук, доцент, старший научный сотрудник НИЦ, s. novgorodsev@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи
TYPICAL SCENARIOS INTERACTIVE CLASSES USING THE NEW ELECTRONIC MEANS OF TRAINING
S. V. Novgorodsev, I. V. Trapeznikov, S. V. Nikolsky
Classes conducted with the help of computer training programs should have a certain structure. Scenario for a computer training program is a complex methodically verified program consisting of three interrelated parts, called partita. One partita is for the teacher, two others for students. Each of the partita line upon the structure of the lesson and has its own filling. This division of the script into the partita is due to methodological recommendations for conducting classes and psycho physiological factors of each participant in the learn-ingprocess (teacher and student).
Key word: шmputer training programs, partita, script, teacher, learner.
Novgorodsev Sergey Vladimirovich, teacher of chair, s. novgorodsev@yandex. ru., Russia, Ryazan, Ryazan higher airborne command school,
Trapeznikov Igor Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, ya. superigor49@yandex. ru, Russia, Ryazan, Ryazan higher airborne command school,
Nikolsky Sergey Valentinovich, candidate of military sciences, docent, senior researcher SRC, s. novgorodsev@yandex. ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Academy of communications
УДК 629.4.027.2
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
АЛЮМИНИЕВЫХ КОРПУСОВ ЛЕГКОБРОНИРОВАННОЙ ТЕХНИКИ ВОЗДУШНО-ДЕСАНТНЫХ ВОЙСК
С.А. Гельвер, А.В. Колунин, С.С. Поярков
В последнее время алюминий находит широкое применение при производстве корпусов легкобронированных машин. Алюминий относится к физически нелинейному материалу. Поэтому закон Гука не может применяться при расчёте прочности конструкций. В настоящей работе рассматривается альтернатива последнему. Это возможность использования процедуры метода конечных элементов при проектировании корпусов боевых машин изготавливаемых из физически нелинейных материалов. Реальная диаграмма деформирования аппроксимируется параболической зависимостью. Обобщаются основные соотношения теории линейного напряжённого состояния с учётом принятого закона деформирования.
Ключевые слова: физическая нелинейность, метод конечных элементов, нелинейный закон деформирования, алюминий и его сплавы.
Воздушно-десантные войска - самостоятельный род войск вооруженных сил, предназначенный для охвата противника по воздуху и выполнения задач в его тылу по нарушению управления войсками, захвату и уничтожению наземных элементов
534
высокоточного оружия, срыву выдвижения и развертывания резервов, нарушению работы тыла и коммуникаций, а также по прикрытию (обороне) отдельных направлений, районов, открытых флангов, блокированию и уничтожению высаженных воздушных десантов, прорвавшихся группировок противника и выполнения других задач.
Подразделения воздушно — десантных войск в тылу врага находятся в условиях автономного существования. Срыв в выполнении боевой задачи грозит гибелью или пленением личного состава, захватом вооружения и техники. Успех подобных боевых операций зависит от множества факторов. Как принято говорить: «здесь нет мелочей». Риски в отношении гибели личного состава накладывают огромное бремя ответственности на организаторов боевых операций.
Однако такая ответственность кроме прочих, ложится и на конструкторов осуществляющих разработки вооружения и техники для элитных подразделений. К боевым машинам десанта предъявляются особые требования. Такие машины должны обладать воздушно-десантной транспортабельностью, что в свою очередь зависит от мас-со — габаритных показателей. При чём, последнее не должно негативно влиять на защищённость личного состава и прочность конструкций.
В современном производстве легкобронированных машин широкое применение находят такие конструкционные материалы, как алюминий и его сплавы. Применение этих материалов позволяет существенно снизить массовые показатели техники без ущерба в отношении пуленепробиваемости корпусов. Машины с алюминиевыми корпусами обладают высокой подвижностью манёвренностью плавучестью, могут десантироваться с транспортных самолётов. Кроме того, алюминий активно применяется в машиностроении, самолётостроении, вагоностроении, как в России, так и за рубежом. Так например в работе [1] приводится обзор по применению алюминиевых сплавов в практике зарубежного вагоностроения. Для вышеупомянутых материалов даже при небольших нагрузках имеет место существенное отклонение от закона Гука (физическая нелинейность материала). Игнорирование этого явления не даёт достоверного представления о напряженно - деформированном состоянии конструкции. Напряжённо -деформированные состояния могут возникать при воздушном десантировании машин, преодолении различных преград, воздействии поражающих факторов. В настоящей работе предлагается учитывать физическую нелинейность и разрабатывается методика оценки её влияния на напряженно - деформированное состояние при проектировании корпусов боевых машин облегчённой конструкции.
Принятый нелинейный закон деформирования
При анализе напряженно - деформированного состояния с учетом физической нелинейности приходится решать вопрос о выборе нелинейного закона деформирования. Как показано авторами работы [2], наиболее приемлемым обобщением закона Гу-ка, вытекающем из разложения потенциальной энергии деформации узлов кристаллической решетки материала в ряд Тейлора, с учетом второго слагаемого является аппроксимация реальной диаграммы деформирования алюминиевого сплава кубической параболой вида:
о = Pve - P2-s3. (1)
Эта задача аппроксимации для алюминиевого сплава АМг6 была решена с помощью программы Origin. Для указанного алюминиевого сплава были получены следующие результаты: Pi=(75±2) ГПа; Р2=(2980±380) ТПа.
Существует и другой подход к выбору реальной зависимости между напряжениями и деформациями, о которых говорится в работе [3]. При этом варианте аппроксимации константа Pi принимается равной величине модуля упругости Юнга Е конструкционного материала. Для алюминиевого сплава АМг6 Е = 72 ГПа.
535
Константу Р2 можно определить из следующих соображений. При некоторой предельной деформации, соответствующей пределу текучести материала, касательный модуль упругости будет равен нулю (d£ = 0). При этом, как показано в работе [2], Р2 будет равно:
Е3
р=■ (2>
Такой подход позволяет производить аппроксимацию нелинейной зависимости напряжения-деформации через стандартные характеристики механических свойств материала - модуль упругости Юнга и предел текучести.
Модель. С введением в практику проектирования боевых машин использования вычислительной техники учёт нелинейного деформирования конструкций можно осуществить методом конечных элементов (МКЭ). Для ряда транспортных конструкций в качестве КЭ могут быть приняты стержни - одномерные КЭ с присоединением к ним части металлической обшивки, а также плоские треугольные и прямоугольные КЭ и другие простые геометрические тела. Для стержневого КЭ, как отмечается в работе [3], систему разрешающих уравнений можно получить, используя вариационный принцип Лагранжа в соответствии с процедурой метода Ритца.
С учётом принятого закона деформирования (1) потенциальная энергия и при деформации плоского изгиба стержневого КЭ (рис. 2) может быть представлена в виде:
U=Щь}-^}^ , (3)
2 о 4 о
где 12х - момент инерции сечения, 14х - момент инерции сечения высшего порядка, определяемый по формуле:
14х = | у 4<№ . (4)
Прогиб стержня п с учётом физической нелинейности представим с помощью функций Эрмита Э1(1):
4
л( 1) = IЭ (1 м-. (5)
I=1
Тогда для функционала потенциальной энергии Ж, представляющего собой сумму потенциальной энергии и работу А внешних сил (Ж=и — А) в соответствии с вариационным принципом Лагранжа (ёЖ = 0) можно получить систему разрешавших уравнений для стержневого КЭ в следующем виде:
[к |={а}, (6)
где [К] - матрица жесткости стержневого КЭ, (а) - вектор перемещений, (Яр) - вектор узловых реакций, {О}- вектор нелинейности. Компоненты вектора (О] определяются из следующих соотношений:
I
о- = Р214 х I лъэ"(1)а1. (7)
о
Как показано в работе [3], процедура формирования разрешающих уравнений для всей системы конечных элементов совпадает с известным алгоритмом из линейной теории МКЭ, единственное отличие состоит в присутствии в правой части системы уравнений (6) вектора {О].
При определении напряжений представляется возможным использование двух подходов. Первый предполагает непосредственную подстановку в принятый нелинейный закон деформирования (1) с учетом соотношения £ = ^"(г)у выражения для кривизны с учетом физической нелинейности:
где
4 ,,
Л"(*) = I Э"(*•
г=1
Другой подход заключается в определении изгибающего момента в сечении:
(8)
„3
М = Е12 ХГ|"- Д/4 хЛ Решая уравнение (9), можно прийти к следующему соотношению:
о = оо
1
оо =
0,148оО Л
ЮГ
Муп о
Е12 х '
1 Е14 хМА =1+- 4х
Е12х
(9)
(10)
(11)
(12)
Выводы
Выбранная аналитическая зависимость напряжений от деформаций в виде кубической параболы позволила получить основные соотношения МКЭ в виде, аналогичной линейной теории. Предложенный в настоящей работе алгоритм учета физической нелинейности может быть применен на начальных этапах разработки конструкций корпусов боевых машин: при проработке технического предложения (аванпроекта), а также на стадии эскизного проекта для уточнения параметров конструктивно-силовой схемы.
Рис. 1. Аппроксимация диаграмма деформирования сплава АМг6
V
о
Рис. 2. Стержневой КЭ при деформации плоского изгиба
537
Настоящая теория позволит осуществлять расчёты конструктивных элементов легкобронированных машин, изготавливаемых из алюминия и его сплавов, в целях разрешения непростых вопросов по обеспечению прочности, массогабаритных характеристик, приспособленности к воздушно-десантному транспортированию. Комплексно решённая задача внесёт свой позитивный вклад в успешное решение боевых задач, сохранение жизни личного состава военнослужащих, минимизации потерь вооружения и военной техники в результате боевых операций воздушно-десантных войск.
Список литературы
1. Журавлева Л.В. Применение алюминиевых сплавов в грузовом вагоностроении за рубежом // Железнодорожный транспорт. Сер. Вагоны и вагонное хозяйство. Ремонт вагонов, 2004. № 1-2. С. 21-36.
2. Гельвер С. А. Стержневой конечный элемент с учётом физической нелинейности / С.А.Гельвер, А.В. Колунин, И.И. Ширлин, А.Б. Марков // Вестник СибАДИ. Омск: СибАДИ, 2013. №5 (33). С. 88-90.
3. Гельвер С.А. Исследование напряженно-деформированного состояния кузова грузового полувагона из алюминиевых сплавов с учетом физической нелинейности материала // Транспорт Урала, 2008. № 4. С. 20-23.
4. Гельвер С.А. Методы анализа напряженно-деформированного состояния конструкций подвижного состава при упруго-пластическом поведении материала // Актуальные проблемы развития транспортного комплекса: тезисы докл. Всерос. научно-практической конф. (Самара 25-27 фев.2009). Самара, 2009. С. 125-128.
Гельвер Сергей Александрович, канд. техн. наук, доцент, gelversa@rambler.ru, Россия, Омск, Омский государственный университет путей сообщения,
Колунин Александр Витальевич, канд. техн. наук, доцент, kolunin2003@mail. ru, Россия, Омск, Филиал Военной академии материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева Министерства обороны Российской Федерации в городе Омске,
Поярков Сергей Станиславович, канд. техн. наук, доцент, kolunin2003@mail.ru, Филиал Военной академии материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева Министерства обороны Российской Федерации в городе Омске
FEA TURES OF DESIGNING OF CONSTRUCTIONS AL UMINUM CASES FOR LIGHT ARMORED VEHICLES OF THE AIRBORNE FORCES
S.A. Gelver, A.V. Kolunin, S.S. Poyarkov
Recently, aluminum is widely used in the production of light-armored vehicles. Aluminum refers to a physically non-linear material. Therefore, Hooke's law can not be used in the calculation of structural strength. This paper considers an alternative to the latter. This is the possibility of using the finite element method procedure in the design of combat vehicle hulls made of physically nonlinear materials. The real deformation diagram is approximated by parabolic dependence. The basic relations of the theory of linear stress state are generalized taking into account the adopted law of deformation.
Key words: physical nonlinearity, finite element method, nonlinear deformation law.
Gelver Sergey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, gelver-saaramhler.ru, Russia, Omsk, Omsk State University of Communications,
Kolunin Alexander Vitalievich, candidate of technical sciences, docent, kolunin2003@mail. ru, Russia, Omsk, Branch of the Military Academy of Material and Technical Support of the Army General A. V. Khrulev of the Ministry of Defense of the Russian Federation in the city of Omsk,
Poyarkov Sergey Stanislavovich, candidate of technical sciences, docent, kolunin2003amail. ru, Russia, Omsk, Branch of the Military Academy of Material and Technical Support of the Army General A. V. Khrulev of the Ministry of Defense of the Russian Federation in the city of Omsk
УДК 623.438
ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В СКОРОСТРЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ ВООРУЖЕНИЯ
С.С. Волков, Н.Е. Стариков, С.В. Демихов, А.А. Клюшин
Представлена расчетная модель динамики поступательно-вращательного движения корпуса боевой машины при внешних силовых воздействиях. Определены пути распределения энергии выстрела и влияние энергосиловых процессов на положение корпуса в процессе стрельбы из скорострельного пушечного вооружения.
Ключевые слова: скорострельное пушечное вооружение, ударно-силовые воздействия, распределение энергии, диссипация, деформационные процессы.
Боевая машина (БМ) со скорострельным пушечным вооружением представляет собой сложную механическую систему из составных частей с разными массами, связанными между собой различными упругими связями. В реальных механических системах все элементы конструкции являются сами по себе упругими как на изгиб, так и на сжатие. При статических силовых воздействиях или одиночных импульсных воздействиях влияние указанных упругостей на колебательный процесс системы не проявляется, а в теоретических моделях не учитывается [1].
В массивных механических артиллерийских системах силовые процессы в упругих конструкционных элементах или в специальных упругих взаимосвязях происходят после выхода снаряда из канала ствола. Поэтому, не смотря на существенные величины энергосиловых процессов, в теоретических моделях они не учитываются и на точность стрельбы не оказывают значимого влияния [1].
В скорострельных пушечных системах вооружения уменьшается скважность выстрелов очереди, что приводит к накоплению энергии в корпусе БМ и ее последующему влиянию на эффективность стрельбы, так как постоянная времени диссипации энергии может существенно превышать не только период выстрела, но и время всей серии выстрелов. Периодические ударно-силовые воздействия на корпус машины дополнительно к одиночным воздействиям вызывают целый спектр форм энергетических процессов в корпусе машины и в отдельных функциональных частях, обусловленных наложением воздействия каждого последующего выстрела на релаксационные процессы предыдущих выстрелов.
