RU2551397C2 - Protection device - Google Patents
Protection device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2551397C2 RU2551397C2 RU2013131662/28A RU2013131662A RU2551397C2 RU 2551397 C2 RU2551397 C2 RU 2551397C2 RU 2013131662/28 A RU2013131662/28 A RU 2013131662/28A RU 2013131662 A RU2013131662 A RU 2013131662A RU 2551397 C2 RU2551397 C2 RU 2551397C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- protected structure
- screen
- external
- load
- action
- Prior art date
Links
Landscapes
- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
- Professional, Industrial, Or Sporting Protective Garments (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области экранирования и может быть использовано в конструкциях, подвергаемых импульсным нагружениям высокой интенсивности.The invention relates to the field of shielding and can be used in structures subjected to high intensity pulse loading.
При проектировании конструкций, обладающих динамичностью и работающих в условиях эксплуатационно-инерционных нагрузок, а также возможного действия внешних взрывных импульсных нагрузок, возникает проблема механической защиты этих конструкций. Проблема обусловлена тем, что к таким конструкциям, как правило, предъявляются требования по минимальности габаритно-массовых характеристик, а также накладываются ограничения на динамические реакционные нагрузки, развивающиеся на отдельных элементах конструкции, исходя из их прочности.When designing structures with dynamism and operating under operational inertial loads, as well as the possible effects of external explosive impulse loads, the problem of mechanical protection of these structures arises. The problem is caused by the fact that, as a rule, requirements are imposed on such structures for the minimization of overall mass characteristics, as well as restrictions are imposed on dynamic reaction loads developing on individual structural elements, based on their strength.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству защиты является устройство защиты [патент RU №2231138, МПК G12B 17/08, Е04Н 9/00, опубл. 20.06.2004 г.], содержащее взрывозащитный экран, разрушаемый под действием внешней импульсной нагрузки, основание, жестко закрепленное при помощи стоек на корпусе защищаемой конструкции, причем экран установлен на основании со стороны направления действия внешнего импульса при помощи элементов крепления, которые выбраны с условием их разрушения в момент воздействия внешнего импульса на экран.The closest in technical essence to the claimed protection device is a protection device [patent RU No. 2231138, IPC G12B 17/08, Е04Н 9/00, publ. 06/20/2004], containing an explosion-proof screen that is destroyed under the influence of an external impulse load, a base rigidly fixed with racks on the housing of the protected structure, and the screen is mounted on the base from the direction of action of the external pulse using fasteners that are selected with the condition their destruction at the moment of the impact of an external pulse on the screen.
Данное устройство защиты снабжено закрепленным на стойках уловителем, расположенным между экраном и защищаемой конструкцией. Причем экран выполнен из двух слоев, один из которых закреплен на основании и расположен со стороны направления действия внешнего импульса, а второй слой экрана нанесен на тыльную поверхность первого слоя экрана. При этом уловитель выполнен в виде крупно-ячеистой решетки с возможностью свободного пролета осколков второго слоя, причем прочность материала первого слоя экрана выше прочности материала второго слоя, а механические характеристики слоев выбраны из условия соотношения откольных напряжений на границе слоев по определенной математической зависимости.This protection device is equipped with a catcher fixed to the racks located between the screen and the protected structure. Moreover, the screen is made of two layers, one of which is fixed on the base and located on the side of the direction of action of the external pulse, and the second layer of the screen is deposited on the back surface of the first layer of the screen. In this case, the trap is made in the form of a coarse-mesh lattice with the possibility of free passage of fragments of the second layer, and the strength of the material of the first layer of the screen is higher than the strength of the material of the second layer, and the mechanical characteristics of the layers are selected from the condition of the ratio of spall stresses at the layer boundary according to a certain mathematical dependence.
Данное устройство защиты работает по принципу перераспределения внешней нагрузки между элементами защищаемой конструкции с целью исключения локального действия на защищаемую конструкцию по принципу «растягивания» нагрузки во времени и соответствующего уменьшения амплитуды. Такое перераспределение позволяет обеспечить защиту элементов конструкции, непосредственно подверженных воздействию, и снизить динамическую реакцию внутренних узлов.This protection device works on the principle of redistributing the external load between the elements of the protected structure in order to exclude local action on the protected structure on the principle of "stretching" the load in time and a corresponding decrease in amplitude. This redistribution allows you to protect the structural elements directly exposed to, and reduce the dynamic response of internal nodes.
Однако недостатком данного устройства является то, что оно не может быть использовано в конструкциях, подвергаемых импульсным нагружениям высокой интенсивности и возникающих при этом высокоскоростных осколков. В случае применения данного защитного устройства при импульсных нагружениях высокой интенсивности разрушится не только экран, но и сам уловитель (к тому же наличие уловителя, выполненного в виде металлической крупно-ячеистой решетки, оказывает негативное влияние на габаритно-массовые характеристики защищаемой конструкции). А высокоскоростные осколки от разрушенного уловителя и экрана могут нанести повреждения непосредственно поверхности защищаемой конструкции или даже вызвать разрушение всего устройства на части, т.е. быть причиной невыполнения устройством защитных функций.However, the disadvantage of this device is that it cannot be used in structures subjected to high-intensity pulsed loading and resulting high-speed fragments. In the case of using this protective device with pulsed high-intensity loads, not only the screen, but also the trap itself will be destroyed (in addition, the presence of a trap made in the form of a coarse-mesh metal grate has a negative effect on the overall mass characteristics of the protected structure). And high-speed fragments from the destroyed trap and screen can cause damage directly to the surface of the protected structure or even cause the destruction of the entire device into parts, i.e. cause the device to fail to perform protective functions.
Задачей изобретения является обеспечение высокого уровня защищенности при минимальных габаритно-массовых ограничениях на конструкцию.The objective of the invention is to provide a high level of security with minimal overall mass restrictions on the design.
Техническим результатом, который может быть получен от реализации предлагаемого изобретения, является достижение снижения до безопасного уровня воздействия на конструкцию, подвергаемую импульсным нагружениям высокой интенсивности и возникающих при этом высокоскоростных осколков.The technical result that can be obtained from the implementation of the invention is to achieve a reduction to a safe level of impact on the structure subjected to high-intensity pulsed loads and high-speed fragments arising from this.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем взрывозащитный экран, разрушаемый под действием внешней импульсной нагрузки, основание, жестко закрепленное при помощи стоек на корпусе защищаемой конструкции, причем экран установлен на основании со стороны направления действия внешнего импульса при помощи элементов крепления, которые выбраны с условием их разрушения в момент воздействия внешнего импульса на экран, согласно изобретению, поверхность защищаемой конструкции между стойками со стороны действия внешней нагрузки снабжена демпфирующим покрытием, выполненным из отвержденного пенополиуретана, нанесенного путем вспенивания непосредственно на защищаемую конструкцию, причем толщина и плотность покрытия определены из условия обеспечения прочности защищаемой конструкции, определяемой путем расчета ее динамической модели.The specified technical result is achieved by the fact that in a device containing an explosion-proof screen that is destroyed by an external impulse load, the base is rigidly fixed with racks on the housing of the protected structure, and the screen is mounted on the base from the direction of action of the external pulse with the help of fastening elements, which selected with the condition of their destruction at the time of the impact of an external pulse on the screen, according to the invention, the surface of the protected structure between the racks from the side of the action I is provided with an external load damping coating formed from the cured polyurethane foam by foaming directly applied to the protected structure and the thickness and density of the coating are determined from the condition of ensuring the strength of the protected structure determined by calculating its dynamic model.
Размещение со стороны действия внешней нагрузки на поверхности защищаемой конструкции между стойками демпфирующего покрытия, выполненного из отвержденного пенополиуретана, нанесенного путем вспенивания непосредственно на защищаемую конструкцию, причем толщина и плотность покрытия определены из условия обеспечения прочности защищаемой конструкции, определяемой путем расчета ее динамической модели позволяет обеспечить эффективную защиту конструкции от внешнего импульсного воздействия и погасить энергию высокоскоростных осколков, попадающих в объем отвержденного пеноматериала с заданной плотностью и теряющих при этом свою кинетическую энергию, обеспечивая тем самым эффективную защиту элементов защищаемой конструкции. А наличие защитного слоя из пенополиуретана дает возможность обеспечить по сравнению с прототипом минимальные габаритно-массовые ограничения на защищаемую конструкцию.Placing on the side of the external load on the surface of the protected structure between the struts of the damping coating made of cured polyurethane foam, applied by foaming directly onto the protected structure, the thickness and density of the coating being determined from the condition for ensuring the strength of the protected structure, determined by calculating its dynamic model, which ensures effective protect the structure from external impulse effects and extinguish the energy of high-speed shrapnel c, falling into the volume of the cured foam with a given density and losing their kinetic energy, thereby ensuring effective protection of the elements of the protected structure. And the presence of a protective layer of polyurethane foam makes it possible to provide, in comparison with the prototype, the minimum overall weight restrictions on the protected structure.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».The presence in the claimed invention features that distinguish it from the prototype, allows us to consider it appropriate to the condition of "novelty."
Новые признаки (поверхность защищаемой конструкции между стойками со стороны действия внешней нагрузки снабжена демпфирующим покрытием, выполненным из отвержденного пенополиуретана, нанесенного путем вспенивания непосредственно на защищаемую конструкцию, причем толщина и плотность покрытия определены из условия обеспечения прочности защищаемой конструкции, определяемой путем расчета ее динамической модели) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».New features (the surface of the protected structure between the racks from the side of the external load is provided with a damping coating made of cured polyurethane foam, applied by foaming directly onto the protected structure, the thickness and density of the coating being determined from the condition for ensuring the strength of the protected structure, determined by calculating its dynamic model) not identified in technical solutions for a similar purpose. On this basis, we can conclude that the claimed invention meets the condition of "inventive step".
Изобретение поясняется чертежом, представленным общим видом устройства защиты.The invention is illustrated in the drawing, represented by a General view of the protection device.
Устройство защиты содержит разрушаемый под действием внешней импульсной нагрузки Р взрывозащитный экран 1, установленный на основании 2 со стороны направления действия внешнего импульса при помощи элементов крепления 3, которые выбраны с условием их разрушения в момент воздействия внешнего импульса на экран 1. Основание 2 жестко закреплено при помощи стоек 4 на корпусе 5 защищаемой конструкции. Элементы крепления 3 выбраны с условием их разрушения в момент воздействия внешнего импульса Р на экран 1. Со стороны действия внешней импульсной нагрузки Р поверхность корпуса 5 между стойками 4 снабжена демпфирующим покрытием 6, выполненным из отвержденного пенополиуретана, нанесенного путем вспенивания непосредственно на защищаемую конструкцию. Толщина и плотность покрытия 6 определены из условия обеспечения прочности защищаемой конструкции, определяемой путем расчета ее динамической модели.The protection device contains an explosion-proof shield 1 that is destroyed under the action of an external pulsed load P, mounted on the base 2 from the direction of the external pulse using the fastening elements 3, which are selected with the condition of their destruction at the moment of the external pulse acting on the shield 1. The base 2 is rigidly fixed when help racks 4 on the housing 5 of the protected structure. The fastening elements 3 are selected with the condition of their destruction at the moment of the action of an external impulse P on the screen 1. On the side of the external impulse load P, the surface of the housing 5 between the posts 4 is provided with a damping coating 6 made of cured polyurethane foam, applied by foaming directly onto the protected structure. The thickness and density of the coating 6 is determined from the condition for ensuring the strength of the protected structure, determined by calculating its dynamic model.
Прочность защищаемой конструкции оценивается расчетным путем по ее реакции на внешнее взрывное воздействие, для определения которой защищаемая конструкция с покрытием представляется в виде расчетной динамической модели. Динамические модели могут быть построены на основе методов конечно-элементного [К.А. Басов. ANSYS. Справочник пользователя. Москва. 2005.] и дискретного [Я.Г. Пановко. Введение в теорию механических колебаний. Москва. Наука. 1980] моделирования. В данных источниках информации представлена методика расчета динамической модели конструкции. Требуемые значения толщины и плотности покрытия определяются путем последовательных расчетов динамической модели при достижении ее реакции заданного уровня.The strength of the protected structure is estimated by calculation by its response to an external explosive effect, to determine which the protected structure with a coating is presented in the form of a calculated dynamic model. Dynamic models can be built on the basis of finite element methods [K.A. Bass ANSYS. User reference. Moscow. 2005.] and discrete [Ya.G. Panovko. Introduction to the theory of mechanical vibrations. Moscow. The science. 1980] modeling. These sources of information provide a method for calculating a dynamic model of a structure. The required values of the thickness and density of the coating are determined by sequential calculations of the dynamic model when its reaction reaches a predetermined level.
Сборка устройства защиты осуществляется следующим образом.The assembly of the protection device is as follows.
Покрытие 6 из пенополиуретана соответствующей плотности наносят путем вспенивания непосредственно на поверхность корпуса 5. Для этого на поверхность корпуса 5 временно устанавливают технологический элемент-ограничитель (не показано), определяющий необходимый объем будущего покрытия 6, с дальнейшим съемом данного элемента после затвердевания пенополиуретана. Перед заливкой защищаемую поверхность корпуса 5 обезжиривают (промывают ацетоном), а на внутреннюю поверхность ограничителя наносят смазку, в результате чего после затвердевания вспененного материала ограничитель легко снимают. А требуемую толщину покрытия 6 образуют посредством механической обработки отвержденного пенополиуретана.A coating 6 of a corresponding density polyurethane foam is applied by foaming directly onto the surface of the housing 5. For this, a technological limiter element (not shown) is temporarily installed on the surface of the housing 5, which determines the necessary volume of the future coating 6, with further removal of this element after the polyurethane foam has hardened. Before pouring, the protected surface of the housing 5 is degreased (washed with acetone), and lubricant is applied to the inner surface of the limiter, as a result of which, after the foam material has hardened, the limiter is easily removed. And the required coating thickness 6 is formed by machining the cured polyurethane foam.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Под воздействием внешнего импульса Р на защищаемую конструкцию происходит разрушение элементов крепления 3 и отрыв с мест крепления экрана 1, выполненного в виде стеклопластиковой пластины. Одновременно происходит дробление экрана 1 на мелкие осколки, которые летят в направлении корпуса 5 и соударяются с демпфирующим покрытием 6, выполненным из пенополиуретана. При соударении осколков с покрытием 6 происходит его деформирование, оно может расслоиться и разрушиться, на что расходуется часть энергии импульса Р, вследствие чего происходит снижение нагрузки, вызывающей динамическую реакцию защищаемой конструкции.Under the influence of an external impulse P on the protected structure, the fastening elements 3 are destroyed and the screen 1 is detached from the fastening points, made in the form of a fiberglass plate. At the same time, the screen 1 is crushed into small fragments that fly in the direction of the housing 5 and collide with the damping coating 6 made of polyurethane foam. When the fragments with the coating 6 collide, it deforms, it can stratify and collapse, which consumes part of the pulse energy P, as a result of which the load decreases, causing a dynamic reaction of the protected structure.
Эффективное действие защиты связано с демпфированием суммарного внешнего импульса путем внедрения осколков разрушенного экрана в демпфирующее покрытие из отвержденного пенополиуретана и распределения на большую площадь их импульса в направлении, перпендикулярном направлению проникания.The effective effect of the protection is associated with the damping of the total external impulse by introducing fragments of the destroyed screen into the damping coating from the cured polyurethane foam and distributing it over a large area of their impulse in the direction perpendicular to the direction of penetration.
Итак, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:So, the presented information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:
- обеспечение высокого уровня защищенности при минимальных габаритно-массовых ограничениях на конструкцию;- ensuring a high level of security with minimal overall mass restrictions on the design;
- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.- for the claimed device in the form in which it is described in the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application and known prior to the priority date is confirmed.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013131662/28A RU2551397C2 (en) | 2013-07-09 | 2013-07-09 | Protection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013131662/28A RU2551397C2 (en) | 2013-07-09 | 2013-07-09 | Protection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013131662A RU2013131662A (en) | 2015-01-20 |
| RU2551397C2 true RU2551397C2 (en) | 2015-05-20 |
Family
ID=53280579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013131662/28A RU2551397C2 (en) | 2013-07-09 | 2013-07-09 | Protection device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2551397C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2224976C1 (en) * | 2002-07-30 | 2004-02-27 | Автономная некоммерческая организация "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт "Центр перспективных исследований" | Device "vodopad" for localization of actions of blasting mechanisms |
| RU2231138C2 (en) * | 2001-01-05 | 2004-06-20 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. акад. Е.И.Забабахина | Shielding device |
| RU2448322C2 (en) * | 2005-12-17 | 2012-04-20 | Государственный Секретарь По Обороне | Obstacle |
-
2013
- 2013-07-09 RU RU2013131662/28A patent/RU2551397C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2231138C2 (en) * | 2001-01-05 | 2004-06-20 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. акад. Е.И.Забабахина | Shielding device |
| RU2224976C1 (en) * | 2002-07-30 | 2004-02-27 | Автономная некоммерческая организация "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт "Центр перспективных исследований" | Device "vodopad" for localization of actions of blasting mechanisms |
| RU2448322C2 (en) * | 2005-12-17 | 2012-04-20 | Государственный Секретарь По Обороне | Obstacle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013131662A (en) | 2015-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Goel et al. | Blast-resistant design of structures | |
| Wierschem et al. | Response attenuation in a large-scale structure subjected to blast excitation utilizing a system of essentially nonlinear vibration absorbers | |
| Goel et al. | Dynamic response of stiffened plates under air blast | |
| Wang et al. | Experimental study and numerical simulation of the damage mode of a square reinforced concrete slab under close-in explosion | |
| RU141274U1 (en) | STAND FOR MODELING AN EXTRAORDINARY SITUATION | |
| Reggio et al. | Combined primary–secondary system approach to the design of an equipment isolation system with High-Damping Rubber Bearings | |
| Thai et al. | Safety assessment of a nuclear power plant building subjected to an aircraft crash | |
| Badshah et al. | Review of blast loading models, masonry response, and mitigation | |
| Bohara et al. | Performance of an auxetic honeycomb-core sandwich panel under close-in and far-field detonations of high explosive | |
| Karim et al. | Impact of the boeing 767 aircraft into the world trade center | |
| RU2564209C1 (en) | Bench for modelling of emergency situation | |
| RU2551397C2 (en) | Protection device | |
| Fathallah et al. | Numerical simulation and response of stiffened plates subjected to noncontact underwater explosion | |
| Rajeev et al. | Implications of impact experiments on honeycomb shielded exterior beam-column joint | |
| RU2646723C1 (en) | Method of modeling emergency situation | |
| Lin et al. | Basic characteristics of high-speed fragments upon perforation of reinforced concrete slab | |
| Shim et al. | Design of protective structures with aluminum foam panels | |
| RU2622791C1 (en) | Kochetov's stand for modeling emergency situation | |
| JP6692665B2 (en) | Impact reduction device and power plant | |
| RU2660010C1 (en) | Emergency situation simulation test bench | |
| RU2577658C1 (en) | Device for simulating explosive situation | |
| Tiwary et al. | Blast loading effects on steel columns | |
| RU2595545C1 (en) | Kochetov test bench for simulation of emergency situation | |
| Wang et al. | An integral numerical analysis of impact of a commercial aircraft on nuclear containment | |
| RU2291396C2 (en) | Device for the explosion localization |