Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Проведено моделирование процессов деформации и повреждения модельных объемов высокопрочных нанокомпозитов на основе ZrB2–B4C. Показано, что разрушение нанокомпозита ZrB2–B4C при воздействии ударной волны происходит в результате протекания двух разных процессов имеющих существенно различающиеся характерные времена. К наиболее быстропротекающим процессам относится процесс межкристаллитного хрупкого разрушения. Более медленными являются процессы роста и слияния микроповреждений и раскрытия микротрещин . Развитие трещин сопровождается релаксацией удельной внутренней энергии. Закономерности зарождения микротрещин и разрушения на мезоскопическом уровне не зависит от шага пространственной сетки и соответствующих значений шага по времени. Полученные в расчетах изменения во времени интенсивности эффективных напряжений были использованы для получения аппроксимационных зависимостей макроскопической прочности керамических материалов при сжатии от логарифма усредненных скоростей деформации на мезоскопическом уровне. Для построения аппроксимационных зависимостей макроскопической прочности керамических материалов при сжатии от скорости деформации использован подход, в рамках которого предложено использовать безразмерные симплексы и комплексы. Представлены результаты исследования механического поведения новых типов высокопрочных композитов системы ZrB2-B4C при интенсивных динамических воздействиях. На основе разработанной вычислительной модели определены критические напряжения разрушения при сжатии в диапазоне скоростей деформации от 0.001 до 106 с-1. В трехмерной постановке проведено компьютерное моделирование деформации и разрушения на мезоскопическом уровне структурированного объема ZrB2-B4C. Установлено, что при высокоскоростной деформации разрушение нанокомпозита носит квазихрупкий характер и обусловлено зарождением и ростом множественных микротрещин. Трещины на мезоскопическом уровне в волне сжатия формируются вблизи пор и в пространстве между упрочняющими частицами. Показано, что зависимости нормированного предела прочности при сжатии ZrB2 керамики и нанокомпозитов ZrB2–B4C, ZrB2–SiC от логарифма нормированной скорости деформации, могут быть описаны степенной зависимостью в диапазоне скоростей деформации от 0.001 до 106 с-1. Для прогнозирования динамических пределов прочности в зависимости от скорости деформации в диапазоне температур до 0.5 Tm предложено использовать соотношение в которых нормирующие параметры определяются с учетом зависимостей от температуры модуля Юнга, параметра трещиностойкости K1C, массовой плотности. Проведены экспериментальные исследования процессов деформирования и разрушения многослойных композитов Ti - Al3Ti при взаимодействии с ударниками. На баллистическом стенде испытывались образцы, полученные методом реакционного спекания под давлением. В ходе выполнения проекта проведено численное исследование разрушения многослойных композитов титан – триалюминид титана. Предложена модель разрушения широкодиапазонного типа, описывающая процесс хрупкого разрушения материала (керамики, интерметаллиды, стекла) как при относительно низких скоростях нагружения (скорости соударения порядка нескольких сотен м/с), так и при достаточно высоких (порядка нескольких тысяч м/с). Модель учитывает возможность разрушения материала при превышении в ударной волне предела упругости Гюгонио, использует степенную зависимость прочностных характеристик материала (динамического предела текучести) от достигнутого уровня поврежденности. При математическом описании задачи использованы модель повреждаемой среды, модель разрушения активного типа, модели поведения среды, учитывающие изменение динамического предела текучести, влияние температуры, модель эрозионного разрушения. Тестирование модели проводилось методом сравнения с экспериментальными данными, полученными в Sandia National Laboratories [Grady D.E. and R.L. Moody. 1996. Shock compression profiles in ceramics. Sandia National Laboratories Technical Report, SAND96-0551]. В рамках договора со сторонней организацией (Томский научный центр СО РАН, г. Томск) № 2-НИР от 15 июля 2016 г. «Синтез многослойных металло-интерметаллидных композитов различными методами с определением их элементного и фазового состава» выполнены следующие работы: получены результаты экспериментальных исследований процессов синтеза многослойных металло-интерметаллидных композитов различными методами с определением их элементного и фазового состава. Рассмотрено четыре метода получения слоистого композиционного материала системы Ti-Al3Ti: тепловой взрыв, реакционное спекание, реакционное прессование, сварка взрывом + спекание. Исследована микроструктура и фазовый состав образцов рентгенофазовым, микрорентгеноспектральным и металлографическим методами. Показана возможность получения требуемой многослойной композиции всеми четырьмя способами. Доработан программный комплекс PS300, используемый для численного моделирования динамического разрушения. Объектная модель материала, используемая для описания его реологии, уравнения состояния, эволюции повреждённости и прочностных характеристик, дополнена новым метаклассом, описывающим модель Джонсона-Холмквиста-2 (JH2) повреждаемого хрупкого тела. Поскольку в классическом виде модель JH2 описывает исключительно дробление в волне сжатия, в тестовых расчётах были проанализированы все ситуации, в которых классическая модель теряет смысл (отрицательные значения под знаком степени и т.д.). Для данных ситуаций, уравнения, входящие в модель JH2, были скорректированы исходя из условия непрерывности. На базе нового метакласса объектной модели материала, созданы классы, описывающие с помощью модели JH2 такие материалы, как стекло и керамика. Материалы, настроенные на модель JH2, были использованы при численном моделировании задач высокоскоростного соударения (1,5-3 км/с) алюминиевого шарика о хрупкую преграду. Расчёты подтвердили, что наличие в модели JH2 кинетики роста повреждённости даёт более адекватный характер дробления (по сравнению с классической моделью хрупкого тела с мгновенным разрушением по деформационному критерию). Проведена разработка многомасштабного SPH-метода для расчета упруго-пластических течений. Ожидаемый результат - повышение пространственного разрешения SPH в трехмерных задачах в 2-3 раза по сравнению с известными вариантами метода при равных затратах памяти и времени счета. Разработан и реализован вариант метода SPH, использующий тензорный параметр сглаживания. При задании функции сглаживания в оригинальном SPH она обладает сферической симметрией. Очевидно, что ее область поддержки и распределение значений не учитывают деформацию среды. Так же не учитывается возможность того, что вдоль какого-либо из направлений расчетные точки будут расположены плотнее, чем вдоль других направлений. В ходе разработки многомасштабного SPH-метода для расчета функции сглаживания предложено использовать локальную деформируемую систему координат, задаваемую тремя векторами, формирующими матрицу коэффициентов. При таком подходе функция сглаживания принимает специальный вид. Эволюция параметра сглаживания определяется деформацией и поворотами среды. Начальные значения векторов определяются соотношением, где скалярный параметр, определяется таким образом, чтобы среднее количество соседей у узлов лежало в пределах 12-20. При таком количестве соседей процедура восстановления узловой согласованности позволяет обеспечить аппроксимацию пространственных производных первого порядка точности, при этом сохраняя время расчета в разумных пределах. При высокоскоростном соударении взаимодействующие тела подвергаются сжимающим деформациям в одном направлении и растягивающим в другом, при этом плотность распределения частиц вдоль направления сжатия растет, а в направлении растяжения падает. Это приводит к схемному нарушению сплошности среды (эффект численного разрушения) Использование тензорного параметра сглаживания позволяет проводить расчеты с малыми эквивалентными соотношениями, даже для случаев больших деформаций (сотни процентов), без схемного разрушения. Побочным эффектом такого подхода является менее выраженная неустойчивость при растяжении (tensile instability). В целом, использование тензорного параметра сглаживания, явно учитывающего изменение линейных масштабов по направлениям, позволило снизить в несколько раз количество соседних узлов, необходимое для устойчивого расчета больших деформаций методом SPH, что привело к соответствующему повышению скорости расчетов при сравнимой точности. Проведена модернизация экспериментального стенда для обеспечения мобильного монтажа любой из, имеющихся многоступенчатых легкогазовых установок в соответствии с задачей эксперимента. В нашем случае имеется возможность воспользоваться преимуществами диафрагменной установки (высокий рост энтропии рабочего газа, отсутствие поршня и др.) и исключить недостаток – нестабильность раскрытия диафрагмы с помощью рассекателя. Наиболее рациональной схемой метания в рамках условий данного проекта представляется диафрагменная установка со свободным метанием элемента. Для моделирования в лабораторных условиях высокоскоростных взаимодействий мелких частиц различной природы с образцами конструкционных материалов космической техники был создан стенд, на котором проводились исследования по разработке средств защиты стеклянных деталей космических аппаратов – иллюминаторов, линз оптических приборов и т.п. от воздействия микрометеоритов и космической пыли. В отличие от классической схемы в разгонный ствол данной установки помещается сразу много мелких ударников объединённых в тонкостенный легкоразрушаемый контейнер из тонкой бумаги. При выстреле, после прорыва диафрагмы поток метающего газа разрушает стенки контейнера и увлекает за собой ударники, разгоняя их вдоль ствола. Результаты исследования процессов взаимодействия преград из стекла со сферическими ударниками. Исследование воздействия космической пыли на иллюминаторы космически аппаратов проводились на трехступенчатой пневмо-легкогазовой (пневмо-ЛГУ) баллистической установке. Для реализации на экспериментальном стенде НИИ ПММ ТГУ выбрана схема трехступенчатой ЛГУ с использованием сжатого газа. В трехмерной лагранжевой постановке рассматривался процесс высокоскоростного соударения элементов из стекла космических аппаратов со сферическими ударниками, моделирующими осколки космических тел и искусственных объектов. Задача решалась с учетом вероятностного характера дробления материала взаимодействующих тел. Предложенный в работе подход к решению задач фрагментации позволяет в наиболее полной, с физической точки зрения, трехмерной постановке воспроизводить процессы пробития преград высокоскоростными элементами. Предложенные подходы к численному моделированию взаимодействия частиц космического мусора и элементов космических аппаратов позволяют рассчитывать разрушение и фрагментацию стеклянных космических аппаратов в трехмерной постановке при выскоинтенсивном нагружении. Рассматривалось взаимодействие ударников с метаемыми взрывом группами пластин. При контакте с ними деформация и разрушение ударников снижает их проникающую способность и уменьшает вероятность поражения бронеобъекта. Результаты расчетов показали, что воздействие группы пластин приводит к снижению вероятности поражения защищаемой преграды. Наиболее эффективно метание пластин с вектором скорости, направленным под углом 450 к поверхности последних. В трехмерной лагранжевой постановке рассматривался процесс высокоскоростного соударения дискретно-сплошных элементов защиты космических аппаратов со сферическими ударниками, моделирующими осколки космических тел и искусственных объектов. Задача решалась с учетом вероятностного характера дробления материала взаимодействующих тел. Проведена оценка эффективности различных комбинаций сплошных и сеточных пластин в конструкции противометеоритной защиты космических аппаратов, а также защиты от техногенного мусора. Проведенные расчеты показали различный характер взаимодействия преграды, состоящей из стальной сетки - алюминиевой пластины и преграды из алюминиевой пластины - стальной сетки. В первом случае происходит интенсивное дробление алюминиевого ударника на стальной сетке и движение сформировавшегося осколочного потока и неразрушенной части ударника в направлении сплошной алюминиевой пластины. При взаимодействии фрагментов ударника с алюминиевой пластиной происходит деформирование последней с образованием значительной выпучены в центре, но пробития пластины не наблюдается. Во втором случае происходит пробитие пластины и сильное деформирование ударника без значительного его разрушения.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Проведено численное моделирование высокоскоростной деформации композитов с алюминиевой и магниевой матрицей, упрочненных дисперсными керамическими частицами и 3D - армированной структурой из углеродных волокон и тканных углеродных систем в диапазоне температур от 295К до 150К. Исследованы закономерности упругопластической деформации и повреждения при высокоскоростном растяжении двух типов модельных композиционных материалов – со слоистой структурой тканных углеродных систем, и объемным наполнением короткими углеродными волокнами с неупорядоченной ориентацией. Разработаны модели представительного объема композиционных материалов с объемной концентрацией упрочняющих элементов структуры от 5 до 25 % с регулярным и стохастическим расположением армирующих элементов. Предложена модификация физико-математической модели, учитывающей рост сопротивления пластической деформации у магниевой или алюминиевой матрицы с понижением температуры в рассмотренном диапазоне. В предположении, что в диапазоне температур (0.16< T/Tm< 0.32, где Tm – температура плавления матрицы) разрушение носит вязкий характер, для описания закономерностей механического поведения в широком диапазоне скоростей деформации учтен рост повреждений структуры материала при неупругой деформации. Показано, что при концентрации упрочняющих углеродных волокон до 15 % сдвиговая и откольная прочность стохастически армированных композиционных материалов возрастает на 20 % при понижении температуры от 295 К до 150 К в диапазоне скоростей деформации 10**2-10**4 c-1. Показано, что предельная деформация до разрушения модельных объемов композитов алюминиевой матрицей с 3D-армированной углеродными волокнами структурой существенно снижается (от ~20 % до ~30 %) при понижении температуры от 295 К до 150 К. Зависимость предельной деформации до разрушения представительных объемов гетерофазных систем с металлической матрицей от температуры имеет нелинейный характер. Нелинейность указанной зависимости обусловлена одновременным протеканием в диапазоне пониженных температур процессов снижения пластичности алюминиевой матрицы и ростом повреждений межфазных границ в системе алюминиевый сплав - углеродное волокно. Синтезированы образцы металло – интерметаллидных слоистых композиционных материалов (МИСКМ) при повышенных температурах и действии внешней нагрузки. Синтез интерметаллидных слоев реализуется непосредственно в процессе взаимодействия слоев реагирующих компонентов (алюминия и переходных металлов), непрореагировавшие слои которых образуют ударновязкие слои, обеспечивающие сопротивление разрушению интерметаллидных слоев. Проведены экспериментальные исследования процессов деформирования и разрушения многослойных композитов Ti - Al3Ti при взаимодействии с ударниками. Условия испытаний: карабин СКС, штатный патрон калибра 7,62 с бронебойным сердечником из высокопрочной стали (твердость по Роквеллу 60 HRC), расстояние до мишени ~0,5 м, υ0 = 760 ±3 м/с. Мишень – массивная алюминиевая плита, на которую наклеивается тестируемый образец. Проведено экспериментальное исследование разрушения трехслойной преграды со слоем из высокопрочной керамики. Приведена рентгенограмма процесса пробития сердечником трехслойной конструкции, состоящей из карбида бора B4C толщиной 5,1 мм и лицевой и тыльной пластин из титанового сплава ВТ4 толщиной 2 мм каждая. На рентгенограмме отчётливо видно, что стальной сердечник пули деформируется в виде гриба симметричной формы, что свидетельствует о сохранении осевой симметрии процесса на начальной стадии взаимодействия пули с преградой. Пластины из титанового сплава деформируются в направлении векторов скоростей разлета осколков керамической преграды от лицевой и тыльной поверхностей, при этом тыльная пластина, очевидно, деформируется в значительно большей степени. Характерной особенностью данного процесса является сохранение направления движения деформированного сердечника пули и в то же время его поворот почти на 900 вследствие асимметрии разрушения керамической преграды. Титановые пластины замедляют процесс разрушения керамической преграды и разлет осколков, что усиливает воздействие на сердечник пули и приводит к значительному повороту. Моделей, описывающих асимметричный характер разрушения высокопрочной керамики, до сих пор не создано. Одним из возможных подходов для создания таких моделей может служить вероятностный подход к описанию прочностных характеристик материалов, развиваемый в данном проекте. Проведено численное исследование разрушения многослойных композитов. Предложена модель хрупкого разрушения материала (керамики, интерметаллиды, стекла). В отличие от металлов, разрушение в которых возникает при растягивающих нагрузках, при моделировании хрупкого разрушения требуется рассматривать оба этапа нагружения: сжатие и растяжение. В данной модели зависимость динамического предела текучести при моделировании хрупкого разрушения материалов в процессе высокоскоростного нагружения учитывает возможность разрушения (частичного или полного) в ударной волне при превышении предела упругости Гюгонио. Численно рассматривается задача взаимодействия цилиндрического ударника с многослойной преградой, состоящей из семнадцати композитных слоев титан - триалюминид титана. Материал ударника - вольфрамовый сплав, начальная скорость соударения 900 м/с. Проведены сравнения многослойных композитов с монолитными преградами из интерметаллида и титанового сплава. Для исследованных условий взаимодействия наиболее эффективной к высокоскоростному удару (отсутствие пробития) является композиционная преграда с отношением слоев триалюминид титана/титановый сплав ≈ 4. Исследованы различные критерии разрушения и подходы к описанию поврежденности твёрдых тел, позволяющих моделировать процессы высокоскоростной фрагментации. При численном моделировании задач динамического разрушения часто возникает проблема, что используемые критерии и модели разрушения твёрдых тел не приспособлены для расчета фрагментации и локализации поврежденности. Рассмотрено дробление хрупких материалов в ударной волне сжатия при высокоскоростном соударении или проникании ударника. Формальное применение скалярных критериев разрушения приводит к чрезмерному дроблению. Введение большого количества трещин в полностью раздробленный материал вносит существенную погрешность и с точки зрения контактного взаимодействия, и с точки зрения устойчивости, и с точки зрения корректного расчета давления в раздробленной зоне. Предложен подход, основанный на том, что модель накопления поврежденности (критерий потери прочности и разрушения) не связана с критерием образования трещины (поверхности разрушения). Критерий разрушения материала (достижение повреждённостью D в ячейке критического значения) и критерий образования трещин становятся независимыми. При разрушении (например, дроблении) происходит смена «фазы». Разрушенный материал на сжатие работает, как и раньше, на растяжение – давление нулевое. Материал в раздробленной «фазе» считается упруго-пластичным (с минимальным пределом текучести). При «отрицательном» (нулевом) давлении упругих напряжений нет, только вязкостный член. Непосредственно трещины вводятся лишь после существенной локализации деформации, сравнимой с предельной деформацией условно пластичных материалов (порядка 10%). Показано, что данная схема хорошо работает не только для дробления в волне сжатия, но и для обычной, локализованной сдвиговой или отрывной трещины. В последнем случае материал также считается разрушенным при достижении повреждённостью критического значения D>Dкр и, за счет резкого уменьшения предела текучести, деформации локализуются в трещину. Реализован вариант метода SPH, основанный на слабой вариационной постановке для динамической задачи соударения упругопластических тел, в котором для повышения точности интегрирования уравнений движения по времени использовались схемы Рунге-Кутты 2 и 4 порядка. Данный подход позволил снизить колебания энергии системы соударяющихся тел с 4-5%, характерных для вариационного SPH, до 0,1-0,3%. Закон сохранения импульса при этом выполнялся строго. Установлено, что для наиболее распространенных вариантов SPH характерна общая особенность - любая асимметрия в распределении расчетных точек приводит к потере точности в каком-либо виде. Асимметрия может быть связана с наличием градиента плотности для геометрически симметричного расположения частиц (например, в вершинах прямоугольной сетки), может быть связана с наличием SPH-узлов с различной массой, а также отсутствием трансляционной симметрии расположения узлов. Установлено, для построения функций сглаживания, используемых в SPH, должны использоваться две группы условий: известная из литературы группа условий, необходимых для аппроксимации, и группа условий, необходимых для выполнения схемного аналога теоремы Гаусса-Остроградского. Разработана процедура, позволяющая из пробной функции сглаживания построить скорректированную функцию, удовлетворяющую дискретному аналогу теоремы Гаусса-Остроградского, которая, однако, не удовлетворяет условиям аппроксимации. Проводится построение алгоритма генерации функций сглаживания, удовлетворяющих обеим группам условий. Проведена модернизация стенда для исследования процесса деформации и разрушения стержней при ударе в неподвижную стенку, а также установки для исследования процессов углового прессования. Проведена серия экспериментов для алюминиевых стержней при различных скоростях. Проведена экспериментальная отработка предложенной авторами конструкции стенда для испытания образцов ансамблем высокоскоростных частиц. Продолжены исследования стойкости стекол иллюминаторов космических аппаратов с защитными покрытиями в сравнении с исходными стеклами. Проведена модернизация стенда для исследования воздействия ансамбля высокоскоростных наночастиц на тонкие фольги. Проведена серия экспериментов по воздействию высокоскоростных наночастиц люминофора на основе европия на тонкие фольги из вольфрама никеля и др. Проведена экспериментальная отработка оригинального метода разгона мелких ударников и порошков без поддона. Экспериментально подтверждено, что при движении вдоль канала ствола в потоке газа метаемый элемент центруется газодинамическими силами. Для стальных шариков диаметром 4-5 мм получены скорости 2,9…3,1 км/с. Оценки показывают, что для шариков из алюминия скорости превышают 5 км/с, что будет проверено при дальнейших исследованиях. Конечно-разностный метод и метод SPH использовались для моделирования соударения группы из семи сферических стальных частиц с поверхностью стекла. Показано, что сеточный метод, использующий вероятностный подход к описанию процесса разрушения соударяющихся тел, позволяет более точно рассчитывать области поврежденного и разрушенного при соударении материала по сравнению с методом SPH. Он также более точен при расчете формирования фрагментов разрушенной преграды и учета взаимодействия последних между собой. Взаимодействие стеклянной пластины со стальным шариком характеризуется интенсивным дроблением материала пластины в кратере и откольными эффектами со стороны тыльной поверхности преграды. Результаты расчетов соударения ледяного шарика со стеклянной пластиной показали, что здесь формируется широкий кратер с умеренной глубиной и также образуется мощный выброс раздробленного материала шарика. На тыльной стороне наблюдаются незначительные откольные повреждения. Соударение групп из 7 ударников из вольфрамового сплава диаметром 5 мм со скоростью 1000 м/с с двухслойной преградой из стекла и керамики показало , что при ударном взаимодействии происходит интенсивное дробление материала первого слоя из стекла, с частичным его выбросом с лицевой поверхности преграды, и выбивание «пробки» из материала второго, керамического слоя, обладающей остаточно скоростью 520 м/с. В настоящее время ведутся поиски покрытий из керамики для защиты элементов космических аппаратов из стекла. Приведены расчеты системы керамика - стекло, подверженной ударному нагружению алюминиевым ударником. Приведенные результаты позволяют качественно оценить характер деформирования системы керамика – стекло и провести количественный анализ размеров защитных слоев для различных скоростей соударения и размеров ударников. Получено, что в случае метания пространственной конфигурации стержней происходит интенсивная фрагментация стержней и ударника. Результаты расчетов, показывают несомненное преимущество этого подхода по сравнению с метанием группы пластин для снижения проникающей способности ударника. Полученные результаты подтвердили, что предлагаемый подход и разработанная численная методика позволяют моделировать процессы защиты преград от пробития высокоскоростными длинными ударниками в широком диапазоне скоростей и углов соударения, исследовать фрагментацию ударников и преград, характер образующихся полей фрагментов.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Разработан, запатентован (Патент РФ № 2610790) и введён в эксплуатацию стенд на базе легкогазовой установки и мишени для исследования взаимодействия мелких ударников с преградой. Предложенная мишень исключает засорение спутными частицами картины взаимодействия испытываемых образцов материала с мелкими ударниками (с характерными размерами меньше 1 мм). Конструкция мишени позволяет осуществлять взаимодействие с потоком ударников сразу нескольких исследуемых образцов, что позволяет добиться для них идентичности условий эксперимента и существенно сократить количество необходимых опытов. Разработан эмпирический метод оценки скорости потока мелких ударников основанный на сравнении картин их взаимодействия с экспериментальным и эталонным образцами. В данной методике используется возможность стенда испытывать в одном опыте сразу несколько исследуемых образцов материалов. В мишень, вместо части исследуемых образцов устанавливаются эталонные образцы из различных материалов с хорошо исследованными реологическими свойствами, путём анализа картины взаимодействия ударников с этими эталонными образцами удаётся оценить скорость ударников. Были выполнены эксперименты по воздействию высокоскоростного потока (4-5 км/с) субмикронных частиц железа на фрагмент иллюминатора космического аппарата. При метании на легкогазовых установках ударников размерами меньше калибра ствола, традиционно используются поддоны из легких и прочных материалов (фенилон, поликарбонат и т. п.). Отделение (отсечка) поддона является достаточно сложной проблемой. Для проведения таких экспериментов отработаны два способа силового отделения поддона при метании ударников порядка 1 мм. Еще одним способом решения проблемы с поддоном является так называемое «свободное метание», предложенное и реализованное в НИИ ПММ. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что при определенных условиях ударник в виде шара центрируется в стволе газовым потоком и его можно ускорить в стволе без использования поддона. При этом, таким способом можно метать шарики из очень непрочного материала. В процессе экспериментальных исследований удалось ускорить шарик из силикогеля диаметром 1,2 мм. Недостатком такого способа является сложность измерения дульной скорости. Было выполнено моделирование взаимодействия микрометорита с запатентованным авторами защитным противометеорным экраном в виде гофрированной стальной сетки (Патент на изобретение № 2623782 «Экран для защиты космического аппарата от высокоскоростного ударного воздействия частиц космической среды»). Проведено сравнение эффективности нескольких вариантов экранов равной удельной массы и продемонстрировано преимущество гофрированных сеточных экранов в качестве противометеорной защиты по всем основным показателям: - степень разрушения ударника для гофрированного сеточного экрана в два раза выше; - для подавляющего большинства углов подлёта из наблюдаемого диапазона увеличивается вероятность существенного изменения траектории, увеличивается площадь и время контакта, соответственно, увеличивается передаваемый экрану импульс; - способ взаимодействия ударника с наклонной сеткой аналогичен эффекту «тёрки», что приводит к усилению фрагментации и уменьшению неразрушенной части ударника; - преимущественное направление удара под наклоном и увеличение интервала между взаимодействием с отдельными проволоками (струнами) способствует рассеиванию осколочного фронта разрушенной части, что является главной задачей защитного противометеорного экрана; - для гофрированной сетки существенно уменьшается эффективный просвет, что, при равной приведенной удельной массе, позволяет эффективно улавливать частицы в более широком диапазоне размеров. В целях дальнейшего сравнения вариантов динамической защиты, исследовано разрушающее воздействия на удлинённый вольфрамовый ударник пространственной конструкции, метаемой навстречу ударнику, представляющей из себя ребристую вольфрамовую пластину. Было показано, что использование в защите ребристой пластины меняет картину её взаимодействия с ударником. Ребра деформируют ударник с образованием системы волн, с дальнейшим разрушением и рикошетом полученных фрагментов от поверхности преграды. Наблюдаемые в расчетах повреждения преграды незначительны и захватывают только поверхностный слой материала. Добавление в метаемую конструкцию дополнительной сплошной пластины позволило не только разрушить ударник на отдельные фрагменты, но и существенно отклонить их от поверхности преграды. Определены границы применимости бессеточных методов в задачах высокоскоростного пробития и соударения. Установлено, что в настоящее время бессеточные методы некорректно обрабатывают поведение хрупких сред в условиях динамических воздействий. Установлено, что причиной такого поведения является нарушение схемного аналога теоремы Гаусса-Остроградского и на сегодня отсутствуют методы эффективного построения функций сглаживания, для которых бы выполнялся схемный аналог теоремы Гаусса-Остроградского в случае отсутствия трансляционной симметрии в расположении расчетных узлов. Проведены вычислительные эксперименты по исследованию закономерностей высокоскоростной деформации и развития повреждений композитов с матрицами из магниевого сплава Mg-Al-Zn и алюминиевого Al-Mg-Si упрочненных углеродными волокнами и частицами карбида кремния, карбида бора, оксида алюминия при интенсивных динамических воздействиях в диапазоне гомологических температур T/Tm от 0.2 до 0.9 (Tm=~933K– температура плавления матрицы из алюминиевого сплава, и Tm=923K для магниевого сплава). Исследованы закономерности упругопластической деформации и повреждения при высокоскоростном растяжении двух типов модельных композиционных материалов – со слоистой структурой и объемным наполнением короткими углеродными волокнами с неупорядоченной ориентацией либо субмикронными частицами легких керамических соединений из карбида бора, карбида кремния, оксида алюминия. Моделировались процессы деформации и развития повреждений в модельных объемах с концентрацией упрочняющих элементов структуры от 5 до 25 % при воздействии ударных импульсов с амплитудами от 1 до 3 пределов упругости Гюгонио (0.2, 1, 2, 10 ГПа) и начальных температурах 77 K, 295 K, 475 K, 675 K, 875 K. Разработана модель процесса эволюции повреждений исследованных композитов при интенсивных динамических воздействиях с амплитудами до 10 ГПа. Развита физико-математическая модель, позволяющая описывать механическое поведение композитов с матрицей из легких сплавов при интенсивных динамических воздействиях в диапазоне гомологических температур от 0.2 до 0.5. В модели учтены механизмы релаксации сдвиговых напряжений, обусловленные развитием пластических деформаций матрицы, зарождением и ростом пор. Показана устойчивость и сходимость численных результатов моделирования процессов высокоскоростной деформации и динамического разрушения модельных объемов композиционных материалов на мезоскопическом уровне, при соответствующем выборе шага пространственной дискретизации пространственной 3D области и шага интегрирования по времени. Получены оценки характеристик динамической прочности (пределов упругости Гюгонио, величин откольной прочности) с использованием результатов моделирования отклика структурированных модельных объемов композитов на импульсные нагрузки. Получены зависимости сдвиговой и откольной прочности модельных композиционных материалов с магниевой и алюминиевой матрицей от концентрации и параметров структуры композитов при амплитудах импульсных воздействий от 1 до 3 пределов упругости Гюгонио. Получены закономерности релаксации упругих предвестников от расстояния при повышенных температурах в композитах с матрицами из сплавов магния и алюминия в зависимости от объемной концентрации упрочняющих элементов. Показано, что скорость релаксации слабо зависит от температуры. Определены закономерности изменения пределов текучести композитов в диапазоне от 100 до 10000 [1/c] при сжатии, сдвиге и растяжении. Показано, что в указанном диапазоне скоростей деформации зависимости предела текучести от десятичного логарифма от эквивалентной скорости деформации являются нелинейными в диапазоне гомологических температур от 0.2 до 0.5. Синтезированы образцы металло–интерметаллидных слоистых композиционных материалов (МИСКМ) Ti-Al3Ti различными методами: тепловой взрыв, реакционное спекание, реакционное прессование (при повышенных температурах и действии внешней нагрузки) и сварка взрывом в комбинации со спеканием. Проведены экспериментальные исследования процессов деформирования и разрушения многослойных композитов Ti-Al3Ti при взаимодействии с ударниками. Условия испытаний: карабин СКС, штатный патрон калибра 7,62 с бронебойным сердечником из высокопрочной стали, расстояние до мишени ~0,5 м, V0 = 760 ±3 м/с. Получены оценки прочностных характеристик образцов МИСКМ Ti-Al3Ti. Разработаны математические модели поведения материалов при ударных нагрузках, включающих кинетическую модель зарождения и роста микротрещин активного типа, модель хрупкого разрушения, формирование сети микротрещин, образование поверхностей скольжения, развитие магистральных трещин и фрагментацию материала. Численно рассмотрена задача взаимодействия цилиндрического ударника с многослойной преградой общей толщиной около 7 мм, состоящей из шести композитных слоев титан - триалюминид титана. Отношение толщины слоя интерметаллида к толщине слоя титанового сплава в композиционном слое составляет ~ 4/1. Осредненная плотность преграды в данном случае составила 3513,3 кг/м3. Материал ударника – высокопрочная сталь, начальная скорость соударения 2000 м/с. Результаты численного моделирования деформирования и разрушения МИСКМ Ti-Al3Ti показывают, что с ростом начальной скорости удара возрастает роль ударно-волновых процессов в характере разрушения преграды. В отличие от более низких скоростей удара, при которых больший вклад в характер разрушения многослойной преграды вносит деформационный фактор, действующий в области внедрения ударника, при более высоких скоростях происходит расслоение преграды, вызванное действием волн разгрузки. Формирование областей макроразрушений наблюдается в слоях интерметаллида, в то время как слои из титанового сплава эффективно препятствуют распространению макротрещин.