Обґрунтування параметрів багатошарової захисної конструкції бойових машин на основі нелінійних математичних моделей

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню науково-технічного завдання суть якого полягає у розробці методики оцінки дії елементу ураження на захисну конструкцію з метою обґрунтування її геометричних та фізико-механічних параметрів, яка б забезпечувала підвищений рівень захисту особового складу та бойових машин від дії елементів ураження стрілецької зброї, гранат та снарядів. На основі проведеного комплексного дослідження взаємодії елементу ураження з металевою пластиною побудовано відповідні математичні моделі опису процесів та запропонована багатошарова захисна конструкція. У випадку двошарової конструкції, передній шар – металева пластина, а тиловий – з регресивно пружною характеристикою, спричиняє зменшення силового навантаження на об’єкт захисту у 1,2-1,4 рази у порівнянні із одинарним захисним спорядженням з такого ж матеріалу і аналогічної товщини. Отримано аналітичну залежність для визначення максимального кута непрямого удару, що забезпечує явище рикошету. Проведено натурні випробування та підтверджено експериментально доцільність використання пружних зв’язків між пластинами захисної конструкції. Досліджено вплив фізико-механічних, кінетичних, конструктивних характеристик елементу ураження і захисної конструкції з рознесеними пластинами на рівень захисту об’єкту та отримано аналітичні залежності для визначення її оптимальних параметрів. В результаті досліджень отримано систему залежностей, які дають можливість сформулювати і розробити структуру пакету захисної конструкції з рознесеними пластинами для бойових машин. Диссертация посвящена решению научно-технического задания суть которого заключается в разработке методики оценки действия тела, которое будет поражать объект защиты, с целью обоснования геометрических, физико-механических параметров защитной конструкции, которая бы обеспечивала повышенный уровень защиты личного состава и боевых машин от действия элементов поражения стрелкового оружия, гранат и снарядов. На основе проведенного комплексного исследования взаимодействия поражающего элемента с пластиной предложена защитная конструкция, которая позволяет уменьшить силовую нагрузку на объект защиты за счет тылового слоя с регрессивно упругой характеристикой. Вместе с тем получена аналитическая зависимость для определения максимального угла непрямого удара, если имеет место явления рикошета. Проведены натурные испытания и подтверждена экспериментально целесообразность использования упругих связей между пластинами защитной конструкции. Построены математические модели описания процессов взаимодействия поражающего элемента с препятствием. Исследовано влияние физико-механических, кинетических, конструктивных характеристик поражающего элемента и защитной конструкции на уровень защиты объекта и получены аналитические зависимости для определения оптимальных параметров защитной конструкции. В результате исследований получена система зависимостей, которые дают возможность сформулировать и разработать структуру пакета защитной конструкции с разнесенными пластинами для боевых машин. The dissertation is devoted to the solution of the scientific and technical problem the essence of which is to develop a method for assessing the impact of striking elements to objects of protection with the aim of substantiating the geometrical, physical and mechanical parameters of the protective construction, which would provide maximum protection of personnel and combat vehicles from bullets of small arms or other striking elements. It was done the complex investigation of the interaction between the defeat device and the protective structure element on the basis of nonlinear mathematical models. The influence of the imposed kinematic conditions of an element on the kinetic characteristics of the striking element was determined. It is proposed in two layered protective structures to use a rear element with a regressive elastic characteristic, which allows to reduce the force load on the object of protection in 1,2-1,4 times compared with a single protective construction of the same material and a similar thickness. An analytical dependence is obtained for determining the maximum angle of indirect impact as a function of the physical and mechanical qualities of materials and the kinematic parameters of the interacting bodies when a ricochet phenomenon takes place. Natural experiments were carried out and the experimentally proved the expediency of using elastic bonds between the elements of the protective structure, which allows reducing the magnitude of the dynamic power interaction between them. It was constructed the mathematical models of the description of the processes of interaction of the striking element with an obstacle at the stages: penetration, breakage and depletion of that element from the protective construction element due to different types of their reinforcement. It was studied the mathematical modeling of the mechanical processes of the interaction of the striking and protective structure on the basis of nonlinear elastic bonds between the elements of the protective structure and their conduct, depending on the geometrical, physical and mechanical parameters of the interacting bodies. It’s obtained the functional dependence of change the striking element’s nutation angle on its geometric, physicomechanical and kinetic parameters, including obstacles on the after penetrationstage, that is the basis for constructive solving of the multilayered protective design with segregated plates. The influence of physical and mechanical, constructive, kinetic characteristics of the striking and protective structure to the level of object's protection was investigated and analytical dependences were obtained for determining the optimal parameters of the protective construction. As a result of the research, a system of dependencies has been obtained that makes it possible to formulate and develop the structure of a protective construction with segregated elements for combat vehicles. The main results of the work are suitable for practical applying and implementation during design and development work on the creation of new samples of wheeled vehicles of special purpose in scientific research and in the educational process.