ИСТИНА

В работе исследуется влияние типа плетения тканого композита из арамидных волокон и механизм диссипации энергии при пробивании тканевой преграды. Легкие защитные преграды из композиционных материалов используются при создании средств индивидуальной защиты, а также космической, авиационной и автомобильной техники, и представляют собой многослойный пакет из различных материалов, обычно включающий прослойки на основе тканых композитов или полиэтилена. Выбор материалов слоев таких преград, их толщин и взаимного расположения является нетривиальной оптимизационной задачей, требующей помимо натурных испытаний, разработки адекватной математической модели процесса пробивания и использования компьютерного моделирования. Несмотря на большое количество публикаций, посвящённых задаче пробивания тканых преград, превалирующий механизм диссипации энергии остаётся не до конца выясненным. Проведенное исследование включало серии натурных и виртуальных испытаний по пробиванию многослойных тканевых преград сферическим твёрдым ударником. Натурные эксперименты включали баллистические тесты по пробиванию четырёхслойных тканевых пластин полотняного и саржевого плетений различных типов и проводились на базе НИИ Механики ННГУ имени Н. И. Лобачевского. Виртуальные эксперименты выполнялись с использованием полномасштабной модели тканевого композита. Расчёты проводились в среде конечно-элементного нелинейного программного кода LS-DYNA. В рамках виртуального моделирования созданы полномасштабные модели и проведены расчёты по моделированию процессов пробивания для 13 различных типов переплетения, используемых на практике: полотняное переплетение и его производные – репс и рогожка; различные по сложности виды саржевого переплетения; сатиновые и вафельные переплетения. Исследован характер диссипации кинетической энергии индентора с учетом разрушения волокон, межволоконного трения и контактного взаимодействия ткани и ударника. Сопоставление результатов натурных испытаний и численного моделирования показало высокую степень их соответствия, в частности получено хорошее согласование с определением предельной скорости пробивания v50. При исследовании характера диссипации показано, что превалирующими факторами являются межволоконное трение и кинетическая энергия отдельных волокон. Это согласуется с экспериментально наблюдаемым фактом, что использование жёсткого связующего приводит к ухудшению защитных свойств преград.