Разработка компьютерных моделей модифицированных арамидных тканей

Наталья Юрьевна Долганина, Анастасия Валерьевна Игнатова, Иван Сергеевич Слободин

Аннотация


Статья посвящена разработке численными методами моделей модифицированных арамидных тканей (арамидных тканей с поверхностной обработкой), применяемых в бронезащитных элементах. На сегодняшний день актуальными задачами при разработке бронезащитных элементов (бронежилетов) являются минимизация их массы, снижение величины прогиба тыльной стороны бронепанели (уменьшение уровня травмирования тела человека). Большая часть энергии пули рассеивается за счет работы сил трения во время вытягивания нитей из баллистических (арамидных) тканей в бронежилете. Поверхностная обработка тканей позволяет увеличить фрикционное взаимодействие нитей и снизить прогиб тканевых преград при локальном ударе с минимальным утяжелением. Для создания сетки конечных элементов тканей с поверхностной обработкой разработано приложение, спроектировано и реализовано, проведено тестирование. Приложение позволяет создавать численные модели модифицированных арамидных тканей со сплошной поверхностной обработкой и частичной (полосами вдоль осей X и Y в плоскости ткани). В работе рассмотрена арамидная ткань полотняного переплетения P110 с поверхностной обработкой ПВА. Была создана модель ткани со сплошной поверхностной обработкой. Поверхностную обработку строили оболочечными элементами, которые соединяли нити основы и утка с наружной стороны. Проведено суперкомпьютерное моделирование ударного нагружения модифицированной арамидной ткани, расположенной на регистрирующей среде (техническом пластилине) в пакете программ LS-DYNA. Проведено сравнение полученных расчетных данных с экспериментальными, получен график ускореня.


Ключевые слова


метод конечных элементов; суперкомпьютерное моделирование; арамидная ткань; поверхностная обработка; удар; технический пластилин; LS-DYNA

Полный текст:

PDF

Литература


Abtew M.A., Boussu F., Bruniaux P., Loghin C., Cristian I., Chen Y., Wang L. Forming characteristics and surface damages of stitched multi-layered para-aramid fabrics with various stitching parameters for soft body armour design. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018. vol. 109. pp. 517–537. DOI: 10.1016/j.compositesa.2018.02.037.

Chocron S., Figueroa E., King N., et al. Modeling and validation of full fabric targets under ballistic impact. Composites Science and Technology. 2010. vol. 70, no. 13. pp. 2012–2022. DOI: 10.1016/j.compscitech.2010.07.025.

Das S., Jagan S., Shaw A., Pal A. Determination of inter-yarn friction and its effect on ballistic response of para-aramid woven fabric under low velocity impact. Composite Structures. 2015. vol. 120. pp. 129–140. DOI: 10.1016/j.compstruct.2014.09.063.

Gatouillat S., Bareggi A., Vidal-Sallé E., Boisse P. Meso modelling for composite preform shaping – Simulation of the loss of cohesion of the woven fibre network. Compo-sites: Part A. 2013. vol. 54. pp. 135 144. DOI: 10.1016/j.compositesa.2013.07.010.

Ha-Minh C., Imad A., Kanit T., Boussu F. Numerical analysis of a ballistic impact on textile fabric. International Journal of Mechanical Sciences. 2013. vol. 69. pp. 32–39. DOI: 10.1016/j.compositesa.2013.07.010.

Hassan T.A., Rangari V.K., Jeelani S. Synthesis, processing and characterization of shear thickening fluid (STF) impregnated fabric composites. Materials Science and Engineering A. 2010. vol. 527. pp. 2892–2899. DOI: 10.1016/j.msea.2010.01.018.

Ignatova A.V., Dolganina N.Yu., Sapozhnikov S.B., Shabley A.A. Aramid fabric surface treatment and its impact on the mechanics of yarn’s frictional interaction. PNRPU Mechanics Bulletin. 2017. vol. 4. pp. 121–137. DOI: 10.15593/perm.mech/2017.4.09.

Kedzierski P., Gieleta R., Morka A., et al. Experimental study of hybrid soft ballistic structures. Composite Structures. 2016. vol. 153. pp. 204–211. DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.06.006.

Kim YunH., Park Y., Cha JiH., Ankem V.A., Kim C.-G. Behavior of Shear Thickening Fluid (STF) impregnated fabric composite rear wall under hypervelocity impact. Composite Structures. 2018. vol. 204. pp. 52–62. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.07.064.

Kostenetskiy P.S., Safonov A.Y. SUSU Supercomputer Resources. Proceedings of the 10th Annual International Scientific Conference on Parallel Computing Technologies (PCT 2016). Arkhangelsk, Russia, March 29–31, 2016. CEUR Workshop Proceedings. 2016. v. 1576. pp. 561–573.

Lim C.T, Shim V.P.W., Ng Y.H. Finite-element modeling of the ballistic impact of fabric armor. International Journal of Impact Engineering. 2003. vol. 28. pp. 13–31. DOI: 10.1016/S0734-743X(02)00031-3.

LS-DYNA R7.0 Keyword user's manual. LSTC. 2013. 2206 p.

Nilakantan G., Nutt S. Effects of clamping design on the ballistic impact response of soft body armor. Composite Structures. 2014. vol. 108. pp. 137–150. DOI: 10.1016/j.compstruct.2013.09.017.

Sapozhnikov S.B., Ignatova A.V. Mechanical properties of technical plasticine under static and dynamic loadings. PNRPU Mechanics Bulletin. 2014. vol. 2. pp. 201–219.

Tan V.B.C., Lim C.T., Cheong C.H. Perforation of high-strength fabric by projectiles of different geometry. International Journal of Impact Engineering. 2003. vol. 28, no. 2. pp. 207–222. DOI: 10.1016/S0734-743X(02)00055-6.

Dolganina N.Yu., Ignatova A.V. The development of computer models of ballistic fabric with surface treatment. Bulletin of the South Ural State University. Series: Computational Mathematics and Software Engineering. 2017. vol. 6, no. 4. pp. 91–100. (in Russian) DOI: 10.14529/cmse170407.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/cmse180402