Analytical and experimental determination of the specific penetration resistance. Description of the facial and rear weakening free-surface effect
- Authors: Aptukov V.N.1, Khasanov A.R.1, Merzlyakov A.F.1
-
Affiliations:
- Perm State National Research University
- Issue: Vol 23, No 1 (2019)
- Pages: 49-68
- Section: Articles
- URL: https://ogarev-online.ru/1991-8615/article/view/34680
- DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1646
- ID: 34680
Cite item
Full Text
Abstract
The refined approximation of the specific penetration resistance presented in this paper is taking account of the penetration of the sharp indenter into the plate of middle thickness within the framework of the viscous crater formation and the facial and rear weakening free-surface effect. Also this article contains data processing technique.
For carrying out the tests a number of experimental samples were made. It is plates of different thicknesses, it must be emphasized that test sample materials are technical plasticine, plumbum and Wood's metal. It should also be noted that for the static tests three cone-nose indenters were made. Indenter sizes: the diameter of the cylindrical part is 7 mm in all cases and the lengths of the conical nose are 3.2 mm, 5.6 mm, and 8.4 mm. The test were carryed out on a testing machine Zwick/Roell Z-250. The key parameters derived from the experiment are the specific penetration resistance of the deep layers, the friction coefficient and the parameters of the weakening free-surface effect.
The results obtained in the experiment lead to the approximation of the resistance force from more general parameters. These parameters are the specific penetration resistance of the deep layers and the friction coefficient of a sample, geometric parameters of indenter and plate. An approximation error does not exceed 25 % for the technical plasticine, 16 % for the Wood's metal, and 25 % for the plumbum. These errors are given for “sharp” (the length of the cone-nose is 8.4 mm) and “middle” (the length of the cone-nose is 5.6 mm) indenter because of a problem has been in depth considered in the investigation. This problem is that penetration of the “blunt” indenter is not follow to condition of viscous crater formation. Therefore, different versions should be used to describe the penetration process (for example, plugging mechanism).
It is proposed in penetration models for the estimation of the penetration resistance force of sharp indenters into the plate of middle thickness.
Full Text
##article.viewOnOriginalSite##About the authors
Valery Nagimovich Aptukov
Perm State National Research UniversityDoctor of technical sciences, Professor
Artur Raisovich Khasanov
Perm State National Research Universitywithout scientific degree, no status
Andrey Fedorovich Merzlyakov
Perm State National Research University
Email: merzlyakov@psu.ru
References
- Витман Ф. Ф., Степанов В. А., "Влияние скорости деформирования на сопротивление деформированию металлов при скоростях удара 100-1000 м/с", Некоторые проблемы прочности твердого тела, Изд-во АН СССР, М., Л., 1959, 207–221
- Аптуков В. Н., "Проникание: механические аспекты и математическое моделирование (обзор)", Пробл. прочности, 1990, № 2, 60-68
- Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T., "Ballistic impact: recent advances in analytical modeling of plate penetration dynamics – A Review", Appl. Mech. Rev., 58 (2005), 355-371
- Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T., "Analytical engineering models of high speed normal impact by hard projectiles on metal shields", Cent. Eur. J. Eng., 3:3 (2013), 349-373
- Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T., "Empirical models for predicting protective properties of concrete shields against high-speed impact", J. Mech. Mater. Struct., 8:2-4 (2013), 199-232
- Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T., "Engineering models of high speed penetration into geological shields", Cent. Eur. J. Eng., 4:1 (2014), 1-19
- Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T., Applied High-Speed Plate Penetration Dynamics, Solid Mechanics and its Applications, 132, Springer, Dordrecht, 2006, 364 pp.
- Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T., High-speed penetration dynamics: Engineering models and methods, World Scientific Publishing, Singapore, 2013, 680 pp
- Витман Ф. Ф., Златин Н. А., Иоффе Б. С., "Сопротивление деформированию металлов при скоростях - м/с", ЖТФ, 19:3 (1949), 123-128
- Zukas J. A., Nicholas T., Swift H. F., Greszczuk L. B., Curran D. R., Impact Dynamics, Wiley and Sons, New York, 1982, 452 pp.
- Аптуков В. Н., Гладковский В. А., Лесниченко Ю. Ю., "Взаимодействие ударника с преградой конечной толщины", Упругое и вязкоупругое поведение материалов и конструкций, УНЦ АН СССР, Свердловск, 1981, 68–73
- Болденков В. В., Дрокин П. А., Cпособ определения динамической твердости материалов, Пат. 2258211 Рос. Федерация: МКП G 01 N 3/48; заявитель и патентообладатель Минатом РФ, ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». № 2004109856/28; заявл. 31.03.04; опубл. 10.08.05, Бюл. № 22, 6 с.
- Горик А. В., Ковальчук С. Б., Шулянский Г. А., "Определение упругопластического коэффициента ударного взаимодействия сферического индентора с деформируемым полупространством", Восточноевропейский журнал передовых технологий, 1:7 (61) (2013), 56-59
- Рудницкий В. А., Крень А. П., Ланцман Г. А., "Соотношение динамической и статической твердости металлов", Весцi Нацыянальнай акадэмii навук Беларусi. Сер. фiзiка-тэхнiчных навук, 2016, № 4, 16-22
- Марковец М. П., Определение механических свойств металлов по твердости, Машиностроение, М., 1979, 191 с.
- Стоев П. И., Мощенок В. И., "Определение механических свойств металлов и сплавов по твердости", Вiсник Харкiвського нацiонального унiверситету iм. В. Н. Каразiна, 601:2 (22) (2003), 106-112
- Сапожников С. Б., Игнатова А. В., "Исследование механических свойств технического пластилина при квазистатическом и динамическом деформировании", Вестник ПНИПУ. Механика, 2014, № 2, 200-219
- Wang X., Zhang D., Gu C., Shen Z., Liu H., "Research on the micro sheet stamping process using plasticine as soft punch", Materials, 7:6 (2014), 4118-4131
- Wojcik L., Lis K., Pater Z., "Plastometric tests for plasticine as physical modelling material", Open Engineering, 6:1 (2016), 653-659
- Велданов В. А., Марков В. А., Пусев В. И., Ручко А. М., Сотский М. Ю., Федоров С. В., "Расчет проникания недеформируемых ударников в малопрочные преграды с использованием данных пьезоакселерометрии", ЖТФ, 81:7 (2011), 94-104
- Долганина Н. Ю., "Оценка баллистического предела и прогиба многослойных тканевых пластин при ударе индентором", Вестник ЮУрГУ. Машиностроение, 15:10 (186) (2010), 17-23
- NIJ Standard–0101.04. Ballistic Resistance of Personal Body Armor, National Institute of Justice Office of Science and Technology, Washington, 2010, 67 pp.
- NIJ Standard–0115.00. Stab Resistance of Personal Body Armor, National Institute of Justice Office of Science and Technology, Washington, 2010, 46 pp.
- Аптуков В. Н., "Расширение сферической полости в упругопластической сжимаемой среде. Сообщение 1. Влияние механических характеристик, свободной поверхности, слойности", Пробл. прочности, 1991, № 12, 7-11
- Аптуков В. Н., Хасанов А. Р., "Оптимизация параметров слоистых плит при динамическом проникании жесткого индентора с учетом трения и ослабляющего эффекта свободных поверхностей", Вестник ПНИПУ. Механика, 2014, № 2, 48-75
Supplementary files
