Моделювання процесу пострілу на основі чисельного розв’язання рівнянь внутрішньої балістики

The study of the process of firing a firearm, taking into account the degree of wear of the barrel, requires an assessment of the losses of powder gases due to their breakthrough between the barrel walls and the projectile. Currently, the known methods for solving the equations of internal ballistics do not provide for obtaining results wich take into account the loss of part of the powder gases. As a result, there was a need to overcome the contradiction between the needs of applied ballistics and the capabilities of the existing scientific and methodological apparatus for solving the equations of internal ballistics.The principles of construction of the difference scheme for the numerical solution of the equations of internal ballistics on the condition of the influence of typical defects of the barrel channels and ammunition are stated. Recurrent expressions for step-by-step calculation of ballistic elements of the shot are given, initial conditions for the first and second periods of the shot are defined. The practical testing of the difference scheme by the numerical solution of the equations of internal ballistics for characteristic combinations of initial data is carried out and its adequacy is confirmed. The expediency of creating a database of ballistic shot elements for typical defects of the barrel channels and powder charges is substantiated.As a result of researches, the difference scheme for the numerical solution of the equations of internal ballistics wich provide the possibility of taking into account the influence of typical defects of the barrel channels and ammunition on ballistic elements of the shot is obtained. This opens the way to improving the operational control of the technical condition of weapons and ammunition by advancing its reliability and efficiency.Based on the numerical solution of the equations of internal ballistics, it is possible to simulate the influence of the deviation of the geometrical parameters of the barrel channel and the degradation of the powder charge on the course of the shot process. This explains the importance and usefulness of the work for applied ballisticsИсследование процесса выстрела из огнестрельного оружия с учетом степени износа ствола требует оценивания потерь пороховых газов вследствие их прорыва между стенками канала ствола и снарядом. В настоящее время известные методы решения уравнений внутренней баллистики не предусматривают получения результатов с учетом потери части пороховых газов. Вследствие этого появилась необходимость в преодолении противоречия между потребностями прикладной баллистики и возможностями имеющегося научно-методического аппарата решения уравнений внутренней баллистики.Изложены принципы построения разностной схемы для численного решения уравнений внутренней баллистики при условии учета влияния типичных дефектов каналов стволов и боеприпасов. Приведены рекуррентные выражения для пошагового вычисления баллистических элементов выстрела, определены начальные условия для первого и второго периодов выстрела. Проведена практическая апробация разностной схемы путем численного решения уравнений внутренней баллистики для характерных сочетаний исходных данных и подтверждена ее адекватность. Обоснована целесообразность создания базы данных баллистических элементов выстрела для типичных дефектов каналов стволов и пороховых зарядов.В результате исследований получена разностная схема для численного решения уравнений внутренней баллистики, обеспечивающая возможность учета влияния типичных дефектов каналов стволов и боеприпасов на баллистические элементы выстрела. Это открывает путь к совершенствованию эксплуатационного контроля технического состояния оружия и боеприпасов за счет повышения его достоверности и оперативности.На основе численного решения уравнений внутренней баллистики открывается возможность моделирования влияния отклонения геометрических параметров канала ствола и деградации порохового заряда на ход процесса выстрела. Этим обусловлена важность и полезность работы для прикладной баллистикиДослідження процесу пострілу з вогнепальної зброї з урахуванням ступеня зносу ствола потребує оцінювання втрат порохових газів внаслідок їх прориву між стінками каналу ствола та снарядом. На цей час відомі методи розв’язання рівнянь внутрішньої балістики не передбачають отримання рішень з урахуванням втрати частки порохових газів. Внаслідок цього з’явилась необхідність у подоланні протиріччя між потребами прикладної балістики та можливостями наявного науково-методичного апарату розв’язання рівнянь внутрішньої балістики. Викладено принципи побудови різницевої схеми для чисельного розв’язання рівнянь внутрішньої балістики за умов урахування впливу типових дефектів каналів стволів і боєприпасів. Наведено рекурентні вирази для покрокового обчислення балістичних елементів пострілу, визначено початкові умови для першого і другого періодів пострілу. Проведено практичну апробацію різницевої схеми шляхом чисельного розв’язання рівнянь внутрішньої балістики для характерних сполучень вихідних даних та підтверджено її адекватність.Обґрунтовано доцільність створення бази даних балістичних елементів пострілу для типових дефектів каналів стволів і порохових зарядів.В результаті досліджень отримано різницеву схему для чисельного розв’язання рівнянь внутрішньої балістики за умов забезпечення можливості урахування впливу типових дефектів каналів стволів і боєприпасів на балістичні елементи пострілу. Це відкриває шлях до удосконалення експлуатаційного контролю технічного стану зброї та боєприпасів за рахунок підвищення його достовірності і оперативності.На основі чисельного розв’язання рівнянь внутрішньої балістики відкривається можливість моделювання впливу відхилення геометричних параметрів каналу ствола та деградації порохового заряду на перебіг процесу пострілу. Цим зумовлена важливість та корисність роботи для прикладної балістик

Оцінка пластичності металів і дослідження механіки процесів обробки тиском в умовах складного навантаження

A calculating apparatus has been developed to help evaluate the stress-strain state in the plastic forming processes accompanied by a complex loading in which the Bauschinger effect can be manifested. The developed methods are based on the phenomenological approach in which a material map is devised in the form of flow curves, Bauschinger curves, a function j characterizing the hereditary influence of the loading history, plasticity diagrams, and limiting strain surfaces. To evaluate the plasticity resource used, taking into account the non-monotonicity of loading, the relations for determining the main components of the guiding strain-rate tensor were obtained, which made it possible to simplify the calculation of the components of the damage tensor. With the help of the developed calculating apparatus, the applied plasticity resource was evaluated in the process of radial extrusion with the contour sag, which allowed setting the limiting parameters of the shaping. Also, as a result of the research, an increase in the plasticity of the metal was established by selecting rational loading paths in the space of the dimensionless coordinates h, ms, and eu. For example, in the process of radial extrusion with the contour sag due to a change in the nature of the deformation, it was possible to obtain a flange diameter of 44 mm, with the initial diameter of the cylindrical workpiece being 20 mm. The results obtained are important because in most cases the processes of metal pressure treatment are accompanied by non-monotonic deformationРазработан расчётный аппарат, позволяющий оценивать напряжённо-деформированное состояние в процессах пластического формоизменения, сопровождающихся сложным нагружением. Разработанные методики базируются на феноменологическом подходе. При расчёте компонент тензора повреждений учтено влияние немонотонности нагружения, что позволило существенно увеличить точность расчёта величины использованного ресурса пластичности. Предложенный расчётный аппарат использован для исследования процесса радиального выдавливания с контурной осадкойРозроблено розрахунковий апарат, який дозволяє оцінювати напружено-деформований стан в процесах пластичного формозмінення, що супроводжуються складним навантаженням. Розроблені методики базуються на феноменологічному підході. При розрахунку компонент тензора пошкоджень враховано вплив немонотонності навантаження, що дозволило суттєво збільшити точність розрахунку величини використаного ресурсу пластичності. Запропонований розрахунковий апарат використано для дослідження процесу радіального видавлювання з контурною осадко

Evaluation of Metal Plasticity and Research on the Mechanics of Pressure Treatment Processes Under Complex Loading

A calculating apparatus has been developed to help evaluate the stress-strain state in the plastic forming processes accompanied by a complex loading in which the Bauschinger effect can be manifested. The developed methods are based on the phenomenological approach in which a material map is devised in the form of flow curves, Bauschinger curves, a function j characterizing the hereditary influence of the loading history, plasticity diagrams, and limiting strain surfaces. To evaluate the plasticity resource used, taking into account the non-monotonicity of loading, the relations for determining the main components of the guiding strain-rate tensor were obtained, which made it possible to simplify the calculation of the components of the damage tensor. With the help of the developed calculating apparatus, the applied plasticity resource was evaluated in the process of radial extrusion with the contour sag, which allowed setting the limiting parameters of the shaping. Also, as a result of the research, an increase in the plasticity of the metal was established by selecting rational loading paths in the space of the dimensionless coordinates h, ms, and eu. For example, in the process of radial extrusion with the contour sag due to a change in the nature of the deformation, it was possible to obtain a flange diameter of 44 mm, with the initial diameter of the cylindrical workpiece being 20 mm. The results obtained are important because in most cases the processes of metal pressure treatment are accompanied by non-monotonic deformatio

Nature of Crack Path Instabilities in Thin Sheets Cut by Blunt Objects

Cutting a brittle thin sheet with a blunt object leaves an oscillating crack that seemingly violates the principle of local symmetry for fracture. We experimentally find that at a critical value of a well chosen control parameter the straight propagation is unstable and leads to an oscillatory pattern whose amplitude and wavelength grow by increasing the control parameter. We propose a simple model that unifies this instability with a related problem, namely that of a perforated sheet, where through a similar bifurcation a series of radial cracks spontaneously spiral around each other. We argue that both patterns originate from the same instability

Розрахунок початкової стадії процесу радіально-зворотного видавлювання з використанням трикутного кінематичного модуля

Those parts of solid or hollow blanks whose shape is complex should be produced by means of combined radial-longitudinal extrusion. However, the use of combined extrusion processes with several degrees of flow freedom requires a preliminary assessment of shape formation, which is true, taking into consideration the peculiarities of evolution of strain sites at different stages of deformation. When deforming high blanks, the presence of an intermediate rigid zone can be observed, separating two autonomous strain sites. When constructing an estimation scheme of the initial stage of the process of combined radial-backward extrusion of hollow parts with a flange, the presence of an intermediate rigid zone is taken into consideration. The need to improve the devised estimation scheme is caused by significant deviations in the projected growths of a part from its experimentally derived dimensions. As an alternative to the axial rectangular kinematic module of the lower deformation site, the use of an axial triangular module has been proposed, whose effectiveness is demonstrated in simulating the process of radial-longitudinal extrusion with expansion. The rationality of the proposed replacement was revealed, both for forecasting the forced mode of the deformation process and for the gradual part’s shape formation. This has made it possible to reduce the projected estimates to 10 % in terms of the increase in the size of a part based on a comparative analysis with experimentally derived data. It is recommended to use the devised scheme for modeling the initial stage of the process for relatively high blanks at H0/h1>4…6; the limitation is the degeneration of the intermediate rigid zone. This will contribute to compiling recommendations for expanding the possibilities of using combined radial-backward extrusion of hollow parts with a flange during productionСкладні за формою деталі із суцільних або порожнистих заготовок доцільно виготовляти способами комбінованого радіально-поздовжнього видавлювання. Однак використання процесів комбінованого видавлювання з декількома ступенями свободи течії вимагає попередньої оцінки формоутворення, що відповідає дійсності, з урахуванням особливостей формування осередків деформації на різних етапах деформування. При деформуванні високих заготовок може спостерігатися наявність проміжної жорсткої зони, що відокремлює два автономних осередки деформації. При побудові розрахункової схеми початкової стадії процесу комбінованого радіально-зворотного видавлювання порожнистих деталей з фланцем враховано наявність проміжної жорсткої зони. Необхідність удосконалення розробленої розрахункової схеми викликана суттєвими відхиленнями прогнозованих приростів деталі від експериментально отриманих розмірів деталі. У якості альтернативи осьовому прямокутному кінематичному модулю нижнього осередку деформації запропоновано використання осьового трикутного модуля, ефективність застосування якого продемонстрована при моделюванні процесу радіально-поздовжнього видавлювання з роздачею. Виявлено раціональність запропонованої заміни, як із прогнозування силового режиму процесу деформування, так і поетапного формозмінення деталі. Це дозволило знизити прогнозовані оцінки до 10 % за приростами розмірів деталі згідно порівняльного аналізу з експериментально отриманими даними. Рекомендовано використання розробленої схеми для моделювання початкової стадії процесу для відносно високих заготовок при H0/h1>4..6, обмеженням є виродження проміжної жорсткої зони. Це сприятиме виробленню рекомендацій щодо розширення можливостей використання комбінованого радіально-зворотного видавлювання порожнистих деталей з фланцем на виробництв

NASA's Centennial Challenges Program

Why Centennial Challenges? The program was established to conduct prize competitions in support of the Vision for Space Exploration and ongoing NASA programs

Моделювання процесу пострілу на основі чисельного розв’язання рівнянь внутрішньої балістики

The study of the process of firing a firearm, taking into account the degree of wear of the barrel, requires an assessment of the losses of powder gases due to their breakthrough between the barrel walls and the projectile. Currently, the known methods for solving the equations of internal ballistics do not provide for obtaining results wich take into account the loss of part of the powder gases. As a result, there was a need to overcome the contradiction between the needs of applied ballistics and the capabilities of the existing scientific and methodological apparatus for solving the equations of internal ballistics.The principles of construction of the difference scheme for the numerical solution of the equations of internal ballistics on the condition of the influence of typical defects of the barrel channels and ammunition are stated. Recurrent expressions for step-by-step calculation of ballistic elements of the shot are given, initial conditions for the first and second periods of the shot are defined. The practical testing of the difference scheme by the numerical solution of the equations of internal ballistics for characteristic combinations of initial data is carried out and its adequacy is confirmed. The expediency of creating a database of ballistic shot elements for typical defects of the barrel channels and powder charges is substantiated.As a result of researches, the difference scheme for the numerical solution of the equations of internal ballistics wich provide the possibility of taking into account the influence of typical defects of the barrel channels and ammunition on ballistic elements of the shot is obtained. This opens the way to improving the operational control of the technical condition of weapons and ammunition by advancing its reliability and efficiency.Based on the numerical solution of the equations of internal ballistics, it is possible to simulate the influence of the deviation of the geometrical parameters of the barrel channel and the degradation of the powder charge on the course of the shot process. This explains the importance and usefulness of the work for applied ballisticsИсследование процесса выстрела из огнестрельного оружия с учетом степени износа ствола требует оценивания потерь пороховых газов вследствие их прорыва между стенками канала ствола и снарядом. В настоящее время известные методы решения уравнений внутренней баллистики не предусматривают получения результатов с учетом потери части пороховых газов. Вследствие этого появилась необходимость в преодолении противоречия между потребностями прикладной баллистики и возможностями имеющегося научно-методического аппарата решения уравнений внутренней баллистики.Изложены принципы построения разностной схемы для численного решения уравнений внутренней баллистики при условии учета влияния типичных дефектов каналов стволов и боеприпасов. Приведены рекуррентные выражения для пошагового вычисления баллистических элементов выстрела, определены начальные условия для первого и второго периодов выстрела. Проведена практическая апробация разностной схемы путем численного решения уравнений внутренней баллистики для характерных сочетаний исходных данных и подтверждена ее адекватность. Обоснована целесообразность создания базы данных баллистических элементов выстрела для типичных дефектов каналов стволов и пороховых зарядов.В результате исследований получена разностная схема для численного решения уравнений внутренней баллистики, обеспечивающая возможность учета влияния типичных дефектов каналов стволов и боеприпасов на баллистические элементы выстрела. Это открывает путь к совершенствованию эксплуатационного контроля технического состояния оружия и боеприпасов за счет повышения его достоверности и оперативности.На основе численного решения уравнений внутренней баллистики открывается возможность моделирования влияния отклонения геометрических параметров канала ствола и деградации порохового заряда на ход процесса выстрела. Этим обусловлена важность и полезность работы для прикладной баллистикиДослідження процесу пострілу з вогнепальної зброї з урахуванням ступеня зносу ствола потребує оцінювання втрат порохових газів внаслідок їх прориву між стінками каналу ствола та снарядом. На цей час відомі методи розв’язання рівнянь внутрішньої балістики не передбачають отримання рішень з урахуванням втрати частки порохових газів. Внаслідок цього з’явилась необхідність у подоланні протиріччя між потребами прикладної балістики та можливостями наявного науково-методичного апарату розв’язання рівнянь внутрішньої балістики. Викладено принципи побудови різницевої схеми для чисельного розв’язання рівнянь внутрішньої балістики за умов урахування впливу типових дефектів каналів стволів і боєприпасів. Наведено рекурентні вирази для покрокового обчислення балістичних елементів пострілу, визначено початкові умови для першого і другого періодів пострілу. Проведено практичну апробацію різницевої схеми шляхом чисельного розв’язання рівнянь внутрішньої балістики для характерних сполучень вихідних даних та підтверджено її адекватність.Обґрунтовано доцільність створення бази даних балістичних елементів пострілу для типових дефектів каналів стволів і порохових зарядів.В результаті досліджень отримано різницеву схему для чисельного розв’язання рівнянь внутрішньої балістики за умов забезпечення можливості урахування впливу типових дефектів каналів стволів і боєприпасів на балістичні елементи пострілу. Це відкриває шлях до удосконалення експлуатаційного контролю технічного стану зброї та боєприпасів за рахунок підвищення його достовірності і оперативності.На основі чисельного розв’язання рівнянь внутрішньої балістики відкривається можливість моделювання впливу відхилення геометричних параметрів каналу ствола та деградації порохового заряду на перебіг процесу пострілу. Цим зумовлена важливість та корисність роботи для прикладної балістик

Study of Methane Fermentation of Cattle Manure in the Mesophilic Regime with the Addition of Crude Glycerine

The urgency of the study is due to the need to increase the productivity of biogas plants by intensifying the process of methane fermentation of cattle manure in mesophilic mode by adding to it the waste from biodiesel production: crude glycerine. To substantiate the rational amount of crude glycerine in the substrate, the following tasks were performed: determination of dry matter, dry organic matter, and moisture of the substrate from cattle manure with the addition of crude glycerine; conducting experimental studies on biogas yield during fermentation of cattle manure with the addition of crude glycerine with periodic loading of the substrate; and development of a biogas yield model and determination of the rational composition of crude glycerine with its gradual loading into biogas plants with cattle manure. The article presents the results of research on fermentation of substrates in a laboratory biogas plant with a useful volume of 30 L, which fermented different proportions of crude glycerine with cattle manure at a temperature of 30 °C, 35 °C, and 40 °C. The scientific novelty of the work is to determine the patterns of intensification of the process of methane fermentation of cattle manure with the addition of different portions of crude glycerine. A rapid increase in biogas yield is observed when the glycerol content is up to 0.75%. With the addition of more glycerine, the growth of biogas yield slows down. The digester of the biogas plant, where experimental studies were conducted on the fermentation of substrates based on cattle manure with the addition of co-substrates, is suitable for periodic loading of the substrate. As a rule, existing biogas plants use a gradual mode of loading the digester. Conducting experimental studies on biogas yield during fermentation of cattle manure with the addition of crude glycerine with periodic loading of the substrate makes it possible to build a mathematical model of biogas yield and determine the rational composition (up to 0.75%) of crude glycerine with its gradual loading in biogas plants. Adding 0.75% of crude glycerine to the substrate at a fermentation temperature of 30 °C allows to increase the biogas yield by 2.5 times and proportionally increase the production of heat and electricity. The practical application of this knowledge allows the design of an appropriate capacity of the biogas storage tank (gasholder)

Modeling of the Process of the Shot Based on the Numerical Solution of the Equations of Internal Ballistics

The study of the process of firing a firearm, taking into account the degree of wear of the barrel, requires an assessment of the losses of powder gases due to their breakthrough between the barrel walls and the projectile. Currently, the known methods for solving the equations of internal ballistics do not provide for obtaining results wich take into account the loss of part of the powder gases. As a result, there was a need to overcome the contradiction between the needs of applied ballistics and the capabilities of the existing scientific and methodological apparatus for solving the equations of internal ballistics.The principles of construction of the difference scheme for the numerical solution of the equations of internal ballistics on the condition of the influence of typical defects of the barrel channels and ammunition are stated. Recurrent expressions for step-by-step calculation of ballistic elements of the shot are given, initial conditions for the first and second periods of the shot are defined. The practical testing of the difference scheme by the numerical solution of the equations of internal ballistics for characteristic combinations of initial data is carried out and its adequacy is confirmed. The expediency of creating a database of ballistic shot elements for typical defects of the barrel channels and powder charges is substantiated.As a result of researches, the difference scheme for the numerical solution of the equations of internal ballistics wich provide the possibility of taking into account the influence of typical defects of the barrel channels and ammunition on ballistic elements of the shot is obtained. This opens the way to improving the operational control of the technical condition of weapons and ammunition by advancing its reliability and efficiency.Based on the numerical solution of the equations of internal ballistics, it is possible to simulate the influence of the deviation of the geometrical parameters of the barrel channel and the degradation of the powder charge on the course of the shot process. This explains the importance and usefulness of the work for applied ballistic

FUNDAMANT: an interventional 72-week phase 1 follow-up study of AADvac1, an active immunotherapy against tau protein pathology in Alzheimer’s disease

Abstract Background Neurofibrillary pathology composed of tau protein is closely correlated with severity and phenotype of cognitive impairment in patients with Alzheimer’s disease and non-Alzheimer’s tauopathies. Targeting pathological tau proteins via immunotherapy is a promising strategy for disease-modifying treatment of Alzheimer’s disease. Previously, we reported a 24-week phase 1 trial on the active vaccine AADvac1 against pathological tau protein; here, we present the results of a further 72 weeks of follow-up on those patients. Methods We did a phase 1, 72-week, open-label study of AADvac1 in patients with mild to moderate Alzheimer’s disease who had completed the preceding phase 1 study. Patients who were previously treated with six doses of AADvac1 at monthly intervals received two booster doses at 24-week intervals. Patients who were previously treated with only three doses received another three doses at monthly intervals, and subsequently two boosters at 24-week intervals. The primary objective was the assessment of long-term safety of AADvac1 treatment. Secondary objectives included assessment of antibody titres, antibody isotype profile, capacity of the antibodies to bind to AD tau and AADvac1, development of titres of AADvac1-induced antibodies over time, and effect of booster doses; cognitive assessment via 11-item Alzheimer’s Disease Assessment Scale cognitive assessment (ADAS-Cog), Category Fluency Test and Controlled Oral Word Association Test; assessment of brain atrophy via magnetic resonance imaging (MRI) volumetry; and assessment of lymphocyte populations via flow cytometry. Results The study was conducted between 18 March 2014 and 10 August 2016. Twenty-six patients who completed the previous study were enrolled. Five patients withdrew because of adverse events. One patient was withdrawn owing to noncompliance. The most common adverse events were injection site reactions (reported in 13 [50%] of vaccinated patients). No cases of meningoencephalitis or vasogenic oedema were observed. New micro-haemorrhages were observed only in one ApoE4 homozygote. All responders retained an immunoglobulin G (IgG) antibody response against the tau peptide component of AADvac1 over 6 months without administration, with titres regressing to a median 15.8% of titres attained after the initial six-dose vaccination regimen. Booster doses restored previous IgG levels. Hippocampal atrophy rate was lower in patients with high IgG levels; a similar relationship was observed in cognitive assessment. Conclusions AADvac1 displayed a benign safety profile. The evolution of IgG titres over vaccination-free periods warrants a more frequent booster dose regimen. The tendency towards slower atrophy in MRI evaluation and less of a decline in cognitive assessment in patients with high titres is encouraging. Further trials are required to expand the safety database and to establish proof of clinical efficacy of AADvac1. Trial registration The studies are registered with the EU Clinical Trials Register and ClinicalTrials.gov: the preceding first-in-human study under EudraCT 2012-003916-29 and NCT01850238 (registered on 9 May 2013) and the follow-up study under EudraCT 2013-004499-36 and NCT02031198 (registered 9 Jan 2014), respectively