ЗАЩИТНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ОТ ФУГАСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА
PROTECTIVE STRUCTURE AGAINST HIGH EXPLOSIVE EXPLOSION

Изобретение относится к способам защиты объекта от воздействия взрыва и может использоваться в защитных системах от подводного или воздушного взрыва.
Известна конструкция бортовой защиты от контактных подводных взрывов, применяемая на надводных кораблях, состоящая из ряда продольных плоских переборок, расположенных на заданных расстояниях от борта корабля и образующих камеры для поглощения энергии продуктов детонации и разлетающихся осколков. (Цукшвердт А.Э. Курс корабельной архитектуры. - М.: Воен.-мор. изд-во, 1951 - С. 294-305.). Как правило, одна из переборок, закрепленных на опорном контуре, является основной защитной преградой, задача которой противостоять фугасному действию взрыва. Для повышения энергоемкости основной защитной преграды и, соответственно, ее взрывосопротивляемости, она выполняется безнаборной, что обеспечивает ее работу, в основном, на цепные деформации.
Существенным недостатком подобных преград является относительно высокий уровень изгибных деформаций, возникающих в области заделки на опорном контуре, в конечном итоге определяющих их предельную энергоемкость до разрушения. При воздействии взрыва разрушение преграды происходит в районе ее опорного контура, где в локальной области достигается предельная величина деформаций при относительно низком уровне цепных деформаций в целом.
В качестве ближайшего аналога принята защитная конструкция от фугасного воздействия взрыва (RU 2569978, МПК F42D 5/045, G12B 17/08, B63G 13/00, Е04Н 9/00, опубл. 10.12.2015), включающая безнаборную защитную преграду, причем с тыльной стороны защитной преграды, обратной воздействию взрыва, в районе заделки для повышения взрывосопротивляемости преграды в контакт к ней добавлен опорный конструктивный элемент, выполненный в одном из двух исполнений: ряд опорных книц с круговыми срезами с общим направляющим листом, приваренным к срезам, или ряд аналогичных книц с отдельными направляющими листами, при этом направляющие листы обращены к защитной преграде.
Данная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что под действием взрыва безнаборная защитная преграда может деформироваться между опорными кницами, в результате чего может произойти разрушение преграды в районе опорного контура. Кроме того, изготовление криволинейных деталей корпуса и их сборка способствует повышению трудозатрат на создание подобной конструкции.
Изобретение решает задачу повышения сопротивляемости безнаборной защитной преграды с опорным конструктивным элементом фугасному воздействию взрыва, за счет ограничения уровня изгибных деформаций в районе заделки и повышения энергоемкости защитной преграды до разрушения.
Для получения необходимого технического результата в защитной конструкции от фугасного воздействия взрыва, включающей безнаборную защитную преграду с опорным конструктивным элементом, установленным с тыльной стороны защитной преграды, предлагается в качестве опорного конструктивного элемента использовать лист, который ориентировать вдоль линии заделки защитной преграды и закрепить таким образом, чтобы сечение указанной конструкции плоскостью, перпендикулярной линии заделки, имело форму треугольника.
В случае реализации предлагаемой конструкции безнаборная защитная преграда в районе заделки поддерживается усилиями со стороны листового опорного конструктивного элемента, в результате чего предотвращается рост изгибных деформаций в районе заделки и разрушение безнаборной защитной преграды в этом районе.
На прилагаемых графических материалах изображено:
на фиг. 1 - общий вид защитной конструкции от фугасного воздействия взрыва;
на фиг. 2 - расчетная схема балки-полоски, выделенной из безнаборной защитной преграды;
на фиг. 3 - зависимость относительной величины изгибающего момента, действующего в заделке безнаборной защитной преграды в случае установки листового опорного конструктивного элемента, от толщины листового опорного конструктивного элемента.
На графических материалах приняты следующие обозначения:
1 - преграда безнаборная защитная;
2 - элемент конструктивный листовой опорный;
L - длина балки-полоски, выделенной из безнаборной защитной преграды, м;
- расстояние от заделки безнаборной защитной преграды до соединения с листовым опорным конструктивным элементом, м;
- ширина листового опорного конструктивного элемента, м;
n
t - толщина листового опорного конструктивного элемента, м;
q - интенсивность внешней распределенной нагрузки, Н/м;
R - вертикальная составляющая реактивной силы, действующей на балку-полоску безнаборной защитной преграды со стороны листового опорного конструктивного элемента, Н;
Т - продольная сила, действующая в балке-полоске безнаборной защитной преграды, Н;
0
Т - предельное значение продольной силы, действующей в балке-полоске безнаборной защитной преграды, соответствующее достижению растягивающими напряжениями предела текучести по всему сечению, Н;
- относительное значение продольной силы, действующей в балке-полоске безнаборной защитной преграды;
- изгибающий момент, действующий в заделке безнаборной защитной преграды при отсутствии листового опорного конструктивного элемента, Н⋅м;
з
М - изгибающий момент, действующий в заделке безнаборной защитной преграды в случае установки листового опорного конструктивного элемента, Н⋅м;
- относительная величина изгибающего момента, действующего в заделке безнаборной защитной преграды в случае установки листового опорного конструктивного элемента.
Защитная конструкция от фугасного воздействия взрыва состоит из безнаборной защитной преграды 1 и установленного в районе заделки листового опорного конструктивного элемента 2.
Защитная конструкция от фугасного воздействия взрыва работает следующим образом. Безнаборная защитная преграда 1 под воздействием взрывных нагрузок деформируется в районе опорного контура, при этом возникают силы поддержания со стороны листового опорного конструктивного элемента 2, действующие по линии вдоль заделки. При этом уровень изгибных деформаций безнаборной защитной преграды 1 в указанной области снижается за счет действия сил поддержания, величина которых определяется жесткостью листового опорного конструктивного элемента 2. Это приводит к уменьшению уровня максимальных деформаций и их перераспределению в сторону значительного увеличения до разрушения доли цепных деформаций, что, в свою очередь, ведет к повышению энергоемкости безнаборной защитной преграды 1 и ее предельной сопротивляемости фугасному действию взрыва.
Для оценки эффективности предлагаемого технического решения в первом приближении следует рассмотреть балку-полоску (фиг. 2), выделенную из безнаборной защитной преграды 1, загруженную взрывной нагрузкой, поддерживаемую реакциями листовых опорных конструктивных элементов 2 и работающую в состоянии сложного изгиба согласно (Папкович П.Ф. Труды по строительной механике корабля. В 4 т.Т. 3. Сложный изгиб стержней и изгиб пластин. - Л.: Судпромгиз, 1962. - С. 5-85). Величина продольной силы может быть определена из уравнения совместности деформаций согласно (Бураковский Е.П., Нечаев Ю.И., Бураковский П.Е., Прохнич В.П. Эксплуатационная прочность судов: учебник. - СПб.: Лань, 2017. - С. 49-88). Расчетная схема балки-полоски, выделенной из безнаборной защитной преграды 1, представлена на фиг. 2. В качестве реакций со стороны листовых опорных конструктивных элементов 2 может быть принята величина их эйлеровой нагрузки. Более точное определение изгибных и цепных усилий возможно с использованием расчетных методик, основанных на реализации гипотезы «о мгновенном раскрытии пластических шарниров» (Бураковский Е.П., Нечаев Ю.И., Бураковский П.Е., Прохнич В.П. Эксплуатационная прочность судов: учебник. - СПб.: Лань, 2017. - С. 49-88).
В соответствии с вышеизложенным, деформирование балки-полоски, выделенной из безнаборной защитной преграды 1, можно описать уравнением
где Е - модуль Юнга, Па;
μ - коэффициент Пуассона;
4
I - момент инерции поперечного сечения балки-полоски, м;
Т - продольная сила, действующая в балке-полоске безнаборной защитной преграды, Н;
q - интенсивность внешней распределенной нагрузки, Н/м;
z - координата, отсчитываемая вдоль оси балки-полоски, м;
w(z) - упругая линия балки-полоски, м.
В случае действия распределенной нагрузки, интенсивность которой не меняется по длине балки-полоски, общий интеграл дифференциального уравнения (1) в соответствии с (Папкович П.Ф. Труды по строительной механике корабля. В 4 т. Т. 3. Сложный изгиб стержней и изгиб пластин. - Л.: Судпромгиз, 1962. - С. 5-85) имеет вид:
-1
где  - параметр, м;
0
1
2
3
В, В, В, B - постоянные интегрирования, определяемые из граничных условий, м;
0
1
2
3
0
1
2
2
F(k⋅z), F(k⋅z), F(k⋅z), F(k⋅z) - вспомогательные функции (F(k⋅z)=1; F(k⋅z)=k⋅z; F(k⋅z)=ch(k⋅z)-1; F(k⋅z)=sh(k⋅z)-k⋅z).
При этом в точках приложения сосредоточенных сил (реакций листовых опорных конструктивных элементов 2) к решению (2) должны прибавляться (с учетом направления действия реакции R) члены вида
R
где z - координата точки приложения сосредоточенной нагрузки, м.
При этом надо учитывать, что усиление защитной преграды производится с незначительным увеличением массы защитных конструкций, что является существенным преимуществом предлагаемого технического решения. При одинаковой добавочной массе, в сравнении с увеличением толщины защитной преграды, оно позволяет в большей степени повысить ее взрывосопротивляемость, что весьма существенно при проектировании оптимальных конструкций с минимальными весовыми характеристиками. Предложенное техническое решение позволяет повысить энергоемкость защитной преграды до разрушения. Это достигается за счет ограничения уровня изгибных деформаций в районе заделки при воздействии взрыва до требуемой величины, определяемой параметрами листового опорного конструктивного элемента и толщиной безнаборной защитной преграды.
Конкретный пример использования изобретения.
n
В качестве примера рассмотрим безнаборную защитную преграду со следующими параметрами: длина L=3 м, толщина t=0,02 м. В качестве листового опорного конструктивного элемента используем полосу шириной  установленную под углом 45° к плоскости безнаборной защитной преграды (таким образом, ), толщину t проварьируем. Результаты расчета представлены на фиг. 3. Расчет выполнялся для трех значений продольной силы:  График показывает, что в широком диапазоне изменения продольной силы наблюдается схожее влияние листового опорного конструктивного элемента 2 на момент в заделке безнаборной защитной преграды 1. При увеличении толщины листового опорного конструктивного элемента 2 до 0,016 м изгибающий момент  снижается более чем в два раза (по сравнению с неподкрепленной конструкцией для каждого из уровней продольной силы ). Видно, что предлагаемая конструкция позволяет существенно снизить изгибные напряжения в заделке безнаборной защитной преграды 1, что способствует повышению ее эффективности.
Таким образом, предлагаемая конструкция, по сравнению с ближайшим аналогом, позволяет предотвратить разрушение безнаборной защитной преграды за счет ограничения уровня изгибных деформаций в районе заделки и повышения энергоемкости защитной преграды до разрушения.