On ways to increase protection of special structures from impact action

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33577/2312-4458.24.2021.52-57

Keywords:

engineering structure, mathematical model of action of the system of explosions, protection capability assessment

Abstract

The technique of research of dynamic processes of elements of engineering constructions of special purpose from explosive action of projectiles is developed. Elastically reinforced beams with hinged ends were chosen for the physical model of elements of engineering structures. It is assumed that the elastic properties of the latter satisfy the nonlinear technical law of elasticity. A mathematical model of the process of a series of impact actions of projectiles at different points of the element of the protective structure is constructed. The latter is a boundary value problem for a partial differential equation. Its peculiarity is that the external dynamic action is a discrete function of linear and time variables. To determine the dynamic effect of a series of impacts on the object under study, and thus the level of protection of the structure, the basic ideas of perturbation theory methods are extended to new classes of systems. This allowed to obtain an analytical dependence of the deformation of the elastically reinforced element on the basic physical and mechanical characteristics of the material of the protective element, its reinforcement and the characteristics of the external action of the projectiles. It is shown that the most dangerous cases, given the security of the structure, are those when the impact is repeated at equal intervals, in addition, the point of impact is closer to the middle of the protective element. The obtained theoretical results can be the basis for selection at the stage of designing the main physical and mechanical characteristics of the elements of engineering structures and their reinforcement in order to reliably protect personnel and equipment from the maximum possible impact on it of the shock series of projectiles. The reliability of the obtained results is confirmed by: a) generalization of widely tested methods to new classes of dynamical systems; b) obtaining in the limit case the consequences known in scientific sources concerning the linearly elastic characteristics of the elements of protective structures; c) their consistency with the essence of the physical process itself, which is considered in the work.

References

Сметанкіна Н. В. Розрахунок на міцність багатошаро¬вих елементів захисних конструкцій при імпульсному навантаженні. Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. Харків, 2013. № 139. С. 282-286.

Пахолюк О. А., Шимків Т. Ф. Аналіз технічного стану, підсилення та модернізація споруд спеціального призначення. Містобудування та територіальне планування. 2016. Вип. 61. С. 369-373.

Magnier S.A., Donze F.V. Numerical simulation of impact using a discrete element method. Mechanics of Cohesive-Frictional Materials. 1998. Vol. 3, Is. 3. pp. 257–276. DOI: https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1484(199807)3:3<257::AID-CFM50>3.0.CO;2-Z

Nair Rajesh P., Lakshmana Rao C. Numerical Simulation of Ballistic Impact on Particulate Composite Target using Discrete Element Method: 1-D and 2-D Models. International Journal for Computational Methods in Engineering Science and Mechanics. 2014. Vol. 15. Is. 1. pp. 9-16 DOI: https://doi.org/10.1080/15502287.2013.833997

Величко Л. Д., Петрученко О. С, Кондрат В. Ф. Динаміка захисної конструкції при ударі кулі або осколка снаряда. Військово-технічний збірник. Львів: 2015, № 13. С. 13-19. DOI: https://doi.org/10.33577/2312-4458.13.2015.13-19

Петрученко О. С., Величко Л. Д. Зменшення ефективної дії кулі, осколка снаряду на об’єкт захисту. Військово-технічний збірник. Львів: 2015, № 12. С. 65-69. DOI: https://doi.org/10.33577/2312-4458.12.2015.65-69

Альберт И. У., Петров В. А., Скворцова А. Е. Анализ динамической реакции конструктивно-нелинейных механических систем. Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. Львів, 2002. Вып. 241. С. 38-59.

Белов Н. Н., Копаница Д. Г., Кумпляк О. Г., Югов Н. Т. Расчет железо-бетонных конструкций на взрывные и ударные загрузки. Томск: STTT, 2004. 466 с.

Andrukhiv A., Huzyk N., Soki B., Sokil M., Chahan Yu. Metodology of investigation of the influence of the explosion on the elements of protective structures. Військово- технічний збірник Львів, 2020. № 22. С. 32-37. DOI: https://doi.org/10.33577/2312-4458.22.2020.32-37

Andrukhiv A., Sokil B., Sokil M., Huzyk N. The justification of a way for improving the protection of special buildings form shock effect of the projectile. Військово-технічний збірник. Львів, 2019. Вип. 20. С.69-74. https://doi.org/10.33577/2312-4458.20.2019.69-74

Дикань С. Д., Зима О. Є. Безпека в галузі та надзвичайних ситуаціях. Полтава: ТОВ «АСМІ», 2015. 273 с.

Орленко Л. П. Физика взрыва и удара. Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 394 с.

Фролов О. О., Тур С. В. Розрахунок значень тиску на фронті ударної хвилі при руйнуванні гірських порід вибухом. Вісник НТУУ ”КПІ”. Серія ”Гірництво”. Київ, 2009. № 18. С. 43-47.

Sokil B.I., Pukach P.Ya., Sokil M.B., Vovk M.I. Advanced asymptotic approaches and perturbation theory methods in the study of the mathematical model of single-frequency oscillationsof a nonlinear elastic body. Mathematical modeling and computing. 2010. Vol. 7, № 2. pp. 269–277. https://doi.org/10.23939/mmc2020.02.269

Weisstein Eric W. Delta Function. URL: https://mathworld.wolfram.com/DeltaFunction.html

Митропольский Ю. А., Мосеенков Б. И. Асимптотические решения уравнений в частных производных. Київ: Вища школа, 1976. 592 с.

Published

2021-05-20

How to Cite

Andrukhiv , A., Baranov, A. ., Huzyk , N., Sokil , B., & Sokil , M. (2021). On ways to increase protection of special structures from impact action. Military Technical Collection, (24), 52–57. https://doi.org/10.33577/2312-4458.24.2021.52-57

Issue

Section

PROTECTION FROM MILITARY EQUIPMENT DETECTION AND DESTRUCTION