Методика определения констант модели динамического разрушения JH-2 (Джонсона – Холмквиста) для хрупких материалов

Представлена методика оценки констант в модели динамического разрушения JH-2 (Джонсона – Холмквиста) для хрупких материалов, упрощенная по сравнению с начальной. В классической методике для описания материала данной моделью необходимо иметь 21 независимый параметр, а задача их определения связана с большим количеством расчетов и целым рядом экспериментов. Эти особенности существенно затрудняют использование модели JH-2. Предложенная в работе методика требует меньшего количества сложных вычислений и экспериментальных данных для определения параметров материала, что значительно упрощает ее использование. Методику применяли в целях поиска параметров для оксида алюминия (Al₂O₃) плотностью 99,5 %, из которого состоит керамическая преграда, которая подвергалась высокоскоростному взаимодействию с ударником. Приведены результаты трех испытаний на пробитие пластины из корунда: два из них использовали для определения констант модели, третий — для верификации полученных величин. Результаты, полученные путем представленного подхода, достаточно точно согласуются с экспериментальными данными, что показано в процессе верификации метода.

1. Johnson G. R., Holmquist T. J. Response of boron carbide subjected to large strains, high strain rates, and high pressures / J. Appl. Phys. 1999. Vol. 85. Issue 12. P. 8060 – 8073. DOI: 10.1063/1.370643

2. Ashby M. F., Hallam S. D. (Née Cooksley) The failure of brittle solids containing small cracks under compressive stress states / Acta Metallurgica. 1986. Vol. 34. Issue 3. P. 497 – 510. DOI: 10.1016/0001-6160(86)90086-6

3. Sammis C. G., Ashby M. F. The failure of brittle porous solids under compressive stress states / Acta Metallurgica. 1986. Vol. 34. Issue 3. P. 511 – 526. DOI: 10.1016/0001-6160(86)90087-8.

4. Islam M. R. I., Zheng J. Q., Batra R. C. Ballistic performance of ceramic and ceramic-metal composite plates with JH1, JH2 and JHB material models / Int. J. Impact Eng. 2020. Vol. 137. P. 49. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2019.103469

5. Wang J., Yin Y., Luo C. Johnson – Holmquist-II (JH-2) Constitutive Model for Rock Materials: Parameter Determination and Application in Tunnel Smooth Blasting / Appl. Sci. 2018. Vol. 8. Issue 9. P. 23. DOI: 10.3390/app8091675

6. Dyachkov S. A., Parshikov A. N., Egorova M. S., et al. Explicit failure model for boron carbide ceramics under shock loading / J. Appl. Phys. 2018. Vol. 124. Issue 8. P. 11. DOI: 10.1063/1.5043418

7. Johnson G. R., Holmquist T. J. An improved computational constitutive model for brittle materials / AIP Conference Proceedings. 1994. Vol. 309. Issue 1. P. 981 – 984. DOI: 10.1063/1.46199

8. Kanel G. I. Shock waves in solid state physics. — Moscow: Fizmatlit, 2018. — 208 p. [in Russian].

9. Feodosiev V. I. Strength of materials. 10th edition. — Moscow: Izd. MGTU im. N. É. Baumana, 1999. — 592 p. [in Russian].

10. Grady D. E. Dynamic properties of ceramic materials. — SAND94-3266. — Albuquerque, NM – Livermore, CA: Sandia National Laboratories, 1995. — 99 p.

11. Holmquist T. J., Johnson G. R., Grady D. E., et al. High strain rate properties and constitutive modeling of glass. — SAND-95-0379C. — Haifa (Israel): Proceedings of Fifteenth International Symposium on Ballistics, 1995. — 14 p. DOI: 10.2172/41367

12. Wilkins M. L., Cline C. F., Honodel C. A. Fourth progress report of light armor program. — UCRL-50694. — Livermore, CA: Lawrence Radiation Laboratory, 1969. — 56 p.

13. Bassett W. A., Weathers M. S., Wu T. C., and Holmquist T. J. Compressibility of SiC up to 68.4 GPa / J. Appl. Phys. 1993. Vol. 74. Issue 6. P. 3824 – 3826. DOI: 10.1063/1.354476

14. Feng R., Raiser G. F., Gupta Y. M. Material strength and inelastic deformation of silicon carbide under shock wave compression / J. Appl. Phys. 1998. Vol. 83. Issue 1. P. 79 – 86. DOI: 10.1063/1.366704

15. Holmquist T. J., Rajendran A. M., Templeton D. W., Bishnoi K. D. A Ceramic Armor Material Database. — AD-a362 926. — Warren, Michigan: Tacom Research Development and Engineering Center, 1999. — 240 p.