Celem pracy było utworzenie oryginalnej metody identyfikowania własności mate-riałów w balistyce końcowej za pomocą modelu zdegenerowanego, dla którego istotą jest opisywanie procesu rozpraszania energii uderzenia nieliniowym członem dyssy-patywno-sprężystym.
Przyjęta w pracy teoria, zawierająca opis przebijania materiałów stosowanych do budowy osłon balistycznych, wynika z poszukiwania wiarygodnych modeli dyna-micznych w sferze układów zdegenerowanych. Odnosi się to do przyjmowania wielu hipotez związków konstytutywnych. Problematyka ta nabiera istotnego znaczenia, zwłaszcza w sytuacji tworzenia materiałów nowej generacji, to jest materiałów kom-pozytowych, nanomateriałów i innych materiałów, w przypadku których warunki li-niowości związków konstytutywnych nie są spełnione.
Kierując się zatem innym podejściem do opisu zagadnień zjawiska fizycznego przebijania materiału pociskiem broni strzeleckiej, przyjęto następującą tezę: zastoso-wanie modelu zdegenerowanego, zbudowanego z masy i elementu sprężysto-tłumiącego w określonej konfiguracji, do opisu rozpraszania energii uderzenia umożliwiło wyty-powanie tych parametrów, których stopień odpowiedzialności za jej rozpraszanie jest największy.
Założono, że model zdegenerowany może być z powodzeniem stosowany do identyfikacji parametrycznej optymalizacji limitu balistycznego materiałów, przezna-czonych na osłony balistyczne z uwzględnieniem innowacyjnych materiałów, w tym kompozytowych.
Badania przeprowadzono z wykorzystaniem dyskretnych modeli dynamicznych w różnej konfiguracji: od typowych liniowych modeli reologicznych aż po nieliniowe modele z elementem dyssypatywno-sprężystym. Utylitarnym celem badań było adapto-wanie równań bilansu energii i bilansu mocy do opisu dyssypowanej energii uderzenia.
W niniejszej pracy zawarto:
• przegląd literatury w ujęciu modelowania procesów przestrzeliwania tworzywa pociskami o działaniu kinetycznym,
• analizę modeli zdegenerowanych pod kątem ich adaptowania do opisu tych pro-cesów,
Rozdział 3 36
• identyfikację parametryczną modelu zdegenerowanego, w którym opisano proces dyssypacji energii uderzenia,
• identyfikację metodą bilansu energii i bilansu mocy,
• ocenę wpływu warunków zamocowania materiału na identyfikację jego własności, • opracowanie procedur wyznaczania własności dyssypatywno-sprężystych mate-riałów na podstawie prób z dużymi prędkościami przebijania,
• badania doświadczalne w zakresie szacowania obciążeń dyssypatywno-sprężystych materiałów.
Przedstawione przez autora badania w głównej mierze wykonano w ramach pro-jektu badawczego nr N N501 063740 sfinansowanego ze środków Narodowego Cen-trum Nauki, zrealizowanych badań własnych, a także wcześniejszych publikacji auto-ra. Dzięki temu publikacja ta stanowi zwartą monograficzną całość z uzupełnieniem badań i zagadnień nieprezentowanych wcześniej w publikacjach autora.
Pracę podzielono na 10 rozdziałów i uzupełniono bibliografią. We Wstępie autor odnosi się do ogólnej problematyki badań dotyczących zakresu balistyki końcowej. W rozdziale drugim przeprowadzono obszerną analizę literatury, uzupełnioną wcze-śniejszymi opracowaniami własnymi z zakresu tematyki pracy. Analizę tę w głównej mierze odniesiono do opisu matematycznego zjawiska przebijania materiału pod ką-tem przyjmowanych modeli dynamicznych. W wyniku analizy założono cel badań oraz postawiono tezę. Weryfikacja tezy odniesiona została do przyjęcia określonego układu pracy, który opisano w rozdziale trzecim. Czwarty rozdział poświęcono mo-delowaniu procesów dynamicznych układami reologicznymi i podano możliwość opi-su przestrzeliwania osłony balistycznej pociskami o działaniu kinetycznym z prędko-ściami do 1000 m/s. W rozdziale piątym opisano energetyczny proces modelowania zjawiska przestrzeliwania materiału pociskiem wystrzeliwanym z broni palnej. Omó-wiono w nim zjawisko przestrzelenia materiału i na tej podstawie wygenerowano model dynamiczny, który z jednej strony jest modelem dość prostym, a z drugiej strony przy-jęte w nim stałe w pełni będą opisywać zachodzący proces rozpraszania energii ude-rzającego pocisku. Przyjęty model zdegenerowany poddano kompleksowej analizie, czyli badano jego wrażliwość na zmianę parametryczną stałych modelu. Model pod-dano weryfikacji w symulacji komputerowej, w której przy stosowaniu odpowiednich sił wymuszających badano jego odpowiedź. Kompleksową identyfikację wykonano w próbach quasi-statycznego przebijania materiału na przystosowanym do tego celu stanowisku, wykorzystując maszynę wytrzymałościową. Rozdział szósty odniesiono do możliwości identyfikacji parametrycznej modelu metodą równań bilansu energii i mocy, które wcześniej opracowano i przedstawiono w pracach [20, 110, 113] jako odmienne metody badawcze. Skuteczność tych metod spełniona jest przy wymusze-niach okresowych dowolnego kształtu. Weryfikowano je eksperymentalnie, stosując wiele rodzajów nieliniowych modeli układów fizycznych w warunkach różnych ob-ciążeń dynamicznych zarówno typu ciągłego, jak i impulsowego. W skonstruowanym modelu wyprowadzono równania identyfikacyjne, które poddano weryfikacji w
sy-Cel, teza oraz układ pracy 37
mulacji komputerowej i częściowo na torze strzeleckim w badaniach przestrzeliwania osłon balistycznych. W rozdziale siódmym przedstawiono badanie wpływu zamoco-wania osłony na zjawisko przebijania. Badania przeprowadzono techniką symulacji komputerowej oraz metodami eksperymentalnymi w zakresie szacowania pierwszej postaci drgań, z wykorzystaniem analizy modalnej, na podstawie oceny sztywności układu podczas przestrzeliwania osłony, mierząc przyspieszenia na ramie i osłonie. Na podstawie wniosków wyprowadzonych z rozdziału piątego można było zaproponować oryginalną metodę opisaną w rozdziale ósmym. Metodę tę odniesiono do wyznaczania parametrów modelu na podstawie pomiaru sił dyssypatywnych, szacowanych w bada-niach materiałowych według opracowanego algorytmu. Na tej podstawie podano pro-cedurę wyznaczania funkcji sprężystości i funkcji dyssypacji. Po uwzględnieniu kon-kretnych wartości prędkości przebijania, pokazano sposób wyznaczenia tych funkcji. Rozdział dziewiąty poświęcono badaniom materiałowym na określonym tworzywie w ramach przebijania materiału. Badania przeprowadzono na stanowisku opracowanym na potrzeby niniejszej pracy. Zakres ich odniesiono do wyznaczenia deformacji granicz-nej. Wyznaczono także charakterystykę zmian prędkości pocisku w materiale. Dokona-no oceny współczynnika dynamiczDokona-ności podczas przestrzeliwania tworzywa wybranym pociskiem broni strzeleckiej. Wyznaczono wartości przemieszczenia i przyspieszenia układu pocisk–osłona w punkcie uderzenia. W ostatnim rozdziale podsumowano za-kres badań. Na końcu dokonano oceny zaproponowanego modelu matematycznego do opisu procesu przebijania materiału w relacji, identyfikacji własności materiału w uję-ciu limitu balistycznego. W podsumowaniu skoncentrowano się na weryfikacji tezy i ocenie założonego celu pracy z propozycją kierunku dalszych badań.