Analytical and experimental determination of the specific penetration resistance. Description of the facial and rear weakening free-surface effect


Cite item

Full Text

Abstract

In the present paper, the main force parameter is estimated under the static tests. This parameter is the specific penetration resistance and it is generally believed that the parameter is a constant in case of static penetration. However, a number of experimental and analytical data illustrate varying the specific penetration resistance according to the current depth of penetration. It is noted that the weakening free-surface effect decreases the specific penetration resistance near the facial or rear edge. Consequently, the relevance of the topic is emphasized by the influence of the facial and rear weakening free-surface effect on the penetration parameters detected in the experimental studies and engineering calculations.
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.

About the authors

Valery Nagimovich Aptukov

Perm State National Research University

Doctor of technical sciences, Professor

Artur Raisovich Khasanov

Perm State National Research University

without scientific degree, no status

Andrey Fedorovich Merzlyakov

Perm State National Research University

Email: merzlyakov@psu.ru

References

  1. 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
  2. Аптуков В. Н., "Проникание: механические аспекты и математическое моделирование (обзор)", Пробл. прочности, 1990, № 2, 60-68
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T., Applied High-Speed Plate Penetration Dynamics, Solid Mechanics and its Applications, 132, Springer, Dordrecht, 2006, 364 pp.
  8. Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T., High-speed penetration dynamics: Engineering models and methods, World Scientific Publishing, Singapore, 2013, 680 pp
  9. Витман Ф. Ф., Златин Н. А., Иоффе Б. С., "Сопротивление деформированию металлов при скоростях - м/с", ЖТФ, 19:3 (1949), 123-128
  10. Zukas J. A., Nicholas T., Swift H. F., Greszczuk L. B., Curran D. R., Impact Dynamics, Wiley and Sons, New York, 1982, 452 pp.
  11. 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
  12. 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.
  13. 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
  14. 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
  15. Марковец М. П., Определение механических свойств металлов по твердости, Машиностроение, М., 1979, 191 с.
  16. 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
  17. Сапожников С. Б., Игнатова А. В., "Исследование механических свойств технического пластилина при квазистатическом и динамическом деформировании", Вестник ПНИПУ. Механика, 2014, № 2, 200-219
  18. 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
  19. Wojcik L., Lis K., Pater Z., "Plastometric tests for plasticine as physical modelling material", Open Engineering, 6:1 (2016), 653-659
  20. 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
  21. Долганина Н. Ю., "Оценка баллистического предела и прогиба многослойных тканевых пластин при ударе индентором", Вестник ЮУрГУ. Машиностроение, 15:10 (186) (2010), 17-23
  22. NIJ Standard–0101.04. Ballistic Resistance of Personal Body Armor, National Institute of Justice Office of Science and Technology, Washington, 2010, 67 pp.
  23. NIJ Standard–0115.00. Stab Resistance of Personal Body Armor, National Institute of Justice Office of Science and Technology, Washington, 2010, 46 pp.
  24. Аптуков В. Н., "Расширение сферической полости в упругопластической сжимаемой среде. Сообщение 1. Влияние механических характеристик, свободной поверхности, слойности", Пробл. прочности, 1991, № 12, 7-11
  25. 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

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2019 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».