Математическое моделирование динамических воздействий на систему «голова-шлем» | Механика | композиционных | материалов и конструкций
> Том 23 > №2 / 2017 / Страницы: 214-224 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2017.23.02.214_224.05

Математическое моделирование динамических воздействий на систему «голова-шлем»

,

Аннотация:

В рамках точной постановки задач механики континуума рассматриваются проблемы динамического воздействия на человека. Особое внимание уделяется ударному воздействию на систему «голова-шлем». Показана динамика зон разрушения защитной конструкции при различных скоростях удара, получены значения важнейших динамических и кинематических характеристик в различных характерных точках системы «голова-шлем». Разработанное для решения динамических задач прикладное программное обеспечение позволяет изучать поведение разнообразных защитных композитных преград при различных ударных воздействиях и иметь информацию о значениях любых кинематических и динамических величин в любых точках рассматриваемой системы в любой момент времени. Предложенный подход и прикладное программное обеспечение позволяют рассматривать и проводить полный анализ динамических воздействий на конструкции, материалы которых обладают различными усложненными свойствами: разупрочнение, переменные упругие свойства, необратимые объемные деформации, перекрестные влияния первых двух инвариантов тензоров напряжений и деформаций, в частности, явления дилатансии и т.д. [1-5]. Все это дает возможность прогнозировать процессы деформаций и разрушений для широкого класса динамических задач; при этом существенно сокращаются расходы на дорогостоящие экспериментальные исследования. В настоящей работе рассмотрение ведется в рамках осесимметричной постановки. Для описания необратимого деформирования применена обобщенная модель пластичности Мизеса, причем предел пластичности может как расти, так и убывать до определенных предельных значений, характеризующих разрушение. Определяющие соотношения для необратимых деформаций сформулированы в пространстве деформаций и дают возможность описывать как упрочнение, так и разупрочнение. Приведена полная система дифференциальных уравнений, описывающая динамические процессы в изучаемых телах. На основе метода конечных элементов предложена и реализована эффективная численная схема расчета поставленных задач. Приведены результаты расчетов для двух характерных скоростей ударного нагружения: v=60 км/ч иv=200 км/ч. Показано, что при v=60 км/ч необратимые деформации имеют место только в шлеме, а при v=200 км/ч происходит разрушение шлема, черепной коробки и основания черепа.

26