Отправить статью по E-mail Численное моделирование взаимодействия деформируемого газопроницаемого фрагмента гранулированного слоя с ударной волной в трехмерной постановке
- Авторы: Глазова Е.Г.1, Кочетков А.В.1, Лисицын А.А.1, Модин И.А.1
-
Учреждения:
- Научно-исследовательский институт механики Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского
- Выпуск: Том 27, № 4 (2023)
- Страницы: 645-658
- Раздел: Механика деформируемого твердого тела
- URL: https://journal-vniispk.ru/1991-8615/article/view/310991
- DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu2007
- EDN: https://elibrary.ru/CFAYCE
- ID: 310991
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Разработанная авторами ранее численная методика решения трехмерных задач динамического взаимодействия деформируемых тел и сред в эйлеровых переменных на базе схемы Годунова повышенной точности применяется для решения задач взаимодействия деформируемого газопроницаемого фрагмента гранулированного слоя с ударными волнами. Моделирование основано на базе единого модифицированного разностного метода Годунова как для расчета движения газа, так и для расчета динамического деформирования упругопластических элементов проницаемого гранулированного слоя. Повышение точности достигается путем сближения областей влияния разностной и дифференциальной задач. Предполагается, что песчаный гранулированный слой состоит из совокупности одинаковых шаровых деформируемых кварцевых частиц, представляющей собой кубическую упаковку. Пространство между частицами заполнено сжимаемой газовой средой (воздухом). Выделяется симметричный элемент упаковки в виде последовательности шаровых частиц. Для демонстрации численной методики предполагается, что многослойная гранулированная среда в направлении распространения плоской ударной волны состоит из трех слоев частиц в канале квадратного сечения с жесткими стенками. Исследование проводится по методике с явным выделением подвижных лагранжевых контактных поверхностей с использованием многосеточных алгоритмов. Приводятся результаты численных исследований процесса распространения ударной волны в гранулированном слое с учетом движения его деформируемых элементов. Показано, что для заданных параметров задачи влияние деформационных процессов незначительно. Проходящая через слой ударная волна формирует за преградой газодинамическое течение, близкое к одномерному. Соответствие результатов численного решения известным экспериментальным результатам по параметрам проходящей через слой ударной волны свидетельствует об адекватности применяемых математических и численных моделей.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Елена Геннадьевна Глазова
Научно-исследовательский институт механики Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского
Автор, ответственный за переписку.
Email: glazova@mech.unn.ru
ORCID iD: 0000-0003-4351-889X
https://www.mathnet.ru/person163935
кандидат физико-математических наук; ученый секретарь; лаб. динамики многокомпонентных сред
Россия, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корпус 6Анатолий Васильевич Кочетков
Научно-исследовательский институт механики Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского
Email: kochetkov@mech.unn.ru
ORCID iD: 0000-0001-7939-8207
https://www.mathnet.ru/person32889
доктор физико-математических наук; заведующий лабораторией; лаб. динамики многокомпонентных сред
Россия, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корпус 6Артем Александрович Лисицын
Научно-исследовательский институт механики Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского
Email: artem.lisitsyn@unn.ru
ORCID iD: 0009-0006-9397-6257
https://www.mathnet.ru/person195058
аспирант; младший научный сотрудник; лаб. динамики многокомпонентных сред
Россия, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корпус 6Иван Александрович Модин
Научно-исследовательский институт механики Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского
Email: mianet@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3561-4606
https://www.mathnet.ru/person138504
кандидат технических наук; старший научный сотрудник; лаб. физико-механических испытаний материалов
Россия, Россия, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корпус 6Список литературы
- Britan A., Ben–Dor G., Elperin T., et al. Mechanism of compressive stress formation during weak shock waves impact with granular materials // Experiments in Fluids, 1997. vol. 22, no. 6. pp. 507–518. DOI: https://doi.org/10.1007/s003480050078.
- Ben–Dor G., Britan A., Elperin T., et al. Experimental investigation of the interaction between weak shock waves and granular layers // Exper. Fluids, 1997. vol. 22, no. 5. pp. 432–443. DOI: https://doi.org/10.1007/s003480050069.
- Glam B., Igra O., Britan A., Ben–Dor G. Dynamics of stress wave propagation in a chain of photoelastic discs impacted by a planar shock wave; Part I, experimental investigation // Shock Waves, 2007. vol. 17, no. 1. pp. 1–14. DOI: https://doi.org/10.1007/s00193-007-0094-x.
- Губайдуллин А. А., Болдырева О. Ю., Дудко Д. Н. Взаимодействие акустических волн с пористым слоем // Теплофиз. аэромех., 2009. Т. 16, №3. С. 455–470. EDN: KTOLRN.
- Глазова А. А., Турыгина И. А., Модин И. А. Моделирование взаимодействия ударной волны с деформируемым гранулированным слоем // Пробл. прочн. пласт., 2020. Т. 82, №3. С. 353–363. EDN: DZEECW. DOI: https://doi.org/10.32326/1814-9146-2020-82-3-353-363.
- Мирова О. А., Котельников А. Л., Голуб В. В., Баженова Т. В. Воздействие ударной волны на защитные песчаные экраны различной толщины // Теплофиз. выс. темп., 2015. Т. 53, №1. С. 145–147. EDN: TFVOUF. DOI: https://doi.org/10.7868/S0040364415010172.
- Котельников А. Л., Мирова О. А., Голуб В. В. [и др.] Исследование взаимодействия взрывной волны с разрушаемым экраном из гранулированного материала // Теплофиз. выс. темп., 2014. Т. 52, №5. С. 739–745. EDN: SKIBAH. DOI: https://doi.org/10.7868/S0040364414040140.
- Мирова О. А., Котельников А. Л., Голуб В. В. [и др.] Влияние скорости разлета материала защитного песчаного экрана на ослабление импульса отраженной от него взрывной волны // Теплофиз. выс. темп., 2016. Т. 54, №5. С. 761–766. EDN: WLNIMN. DOI: https://doi.org/10.7868/S0040364416050197.
- Мирова О. А., Котельников А. Л., Голуб В. В., Баженова Т. В. Влияние защитного экрана на уменьшение давления при взаимодействии ударной волны со стенкой // Теплофиз. выс. темп., 2016. Т. 54, №6. С. 963–964. EDN: WWCGAH. DOI: https://doi.org/10.7868/S0040364416060119.
- Мирова О. А., Котельников А. Л., Голуб В. В., Баженова Т. В. Многократные отражения ударных волн при взрыве в замкнутом объеме с защищенными экранами стенками // Теплофиз. выс. темп., 2017. Т. 55, №2. С. 324–326. EDN: YIAARZ. DOI: https://doi.org/10.7868/S0040364417020119.
- Xue K., Yu Q., Bai C. Dual fragmentation modes of the explosively dispersed granular materials // Eur. Phys. J. E, 2014. vol. 37, no. 9, 88. DOI: https://doi.org/10.1140/epje/i2014-14088-y.
- Lv H., Wang Z., Li J. Experimental study of planar shock wave interactions with dense packed sand wall // Int. J. Multiphase Flow, 2017. vol. 89. pp. 255–265. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2016.07.019.
- Stewart C., Balachandar S., McGrath T. P. Soft-sphere simulations of a planar shock interaction with a granular bed // Phys. Rev. Fluids, 2018. vol. 3, no. 3, 034308. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.3.034308.
- Абузяров М. Х., Глазова Е. Г., Кочетков А. В., Крылов С. В. Численная методика решения трехмерных задач взаимодействия высоко-скоростных газовых струй с упругопластическими преградами // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Математическое моделирование физических процессов, 2021. №4. С. 24–40. EDN: RWCYSJ.
- Абузяров М. Х., Глазова Е. Г., Кочетков А. В. [и др.] Численное моделирование трехмерных процессов разгона упругопластических тел взрывом // Пробл. прочн. пласт., 2018. Т. 80, №2. С. 255–266. EDN: RSXRXV.
- Годунов С. К., Забродин А. В., Иванов М. Я. [и др.] Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976. 400 с. EDN: UESERL.
- Абузяров К. М. Метод распада разрывов в трехмерной динамике упругопластических сред // Пробл. прочн. пласт., 2020. Т. 82, №3. С. 377–389. EDN: VUAHHS. DOI: https://doi.org/10.32326/1814-9146-2020-82-3-377-389.
- Abouziarov M., Aiso H. An application of retroactive characteristic method to conservative scheme for structure problems (elastic-plastic flows) / Hyperbolic Problems, Theories, Numerics, Applications: Proc. of the 18th Comput. Conf. on Hyperbolic Problems. Japan: Yokohama Publ., 2006. pp. 223–230.
- Abouziarov M., Aiso H., Takahashi T. An application of conservative scheme to structure problems (elastic-plastic flows) // S¯uri-Kaiseki-Kenky¯usho-k¯oky¯uroku [Mathematical Analysis in Fluid and Gas Dynamics], 2003. vol. 1353. pp. 192–201.
- Кукуджанов В. Н. Метод расщепления упругопластических уравнений // Изв. РАН. МТТ, 2004. №1. С. 98–108. EDN: OVYHCB.
- Брагов А. М., Константинов А. Ю., Кочетков А. В. [и др.] Экспериментальное исследование деформационных свойств насыпного слоя из свинцовых шариков при динамическом и квазистатическом нагружении // Вестн. ПНИПУ. Механика, 2017. №4. С. 16–27. EDN: YLDACI. DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2017.4.02.
- Модин И. А., Кочетков А. В., Глазова Е. Г. Численное исследование взаимодействия ударной волны с проницаемым деформируемым гранулированным слоем // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2022. Т. 26, №1. С. 79–92. EDN: FUXBZE. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1879.
- Kochetkov A. V., Modin I. A. Numerical simulation of the interaction of a shock wave with a permeable granulated layer / Behavior of Materials under Impact, Explosion, High Pressures and Dynamic Strain Rates / Advanced Structured Materials, 176. Cham: Springer, 2023. pp. 129–143. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-17073-7_9.
Дополнительные файлы
