2.1 Метод откола

Схема первых экспериментов по определению ударных адиабат конденсированных веществ, приведена на рисунке 2.1.

К торцу заряда ВВ приставляется плоская пластина из исследуемого материала. При выходе детонационной волны на границу происходит распад разрыва, в результате которого по исследуемому веществу пройдет ударная волна со скоростью D, назад в продукты взрыва, в зависимости от жесткости вещества, будет распространяться либо отраженная волна, либо волна разрежения, контактная граница между ВВ и преградой будет двигаться со скоростью U₁, равной массовой скорости сжатого вещества. P-U и x-t диаграммы процессов, реализующихся в данной постановке экспериментов, показаны на том же рисунке 2.1.

а). Постановка опыта, в) P-U диаграмма (I – кривая торможения продуктов взрыва, II – изэнтропа расширения сжатого металла, ОМ – волновой луч ; x-t диаграмма, ОА – детонационная волна, АЕ – ударная волна в преграде, АВ – отраженная волна в продуктах взрыва, АС – контактная граница, ЕFH – волна расширения

Рисунок 2.1-Метод откола

Очередной распад разрыва произойдет при выходе ударной волны на свободную поверхность преграды. По сжатому веществу побежит волна разрежения. Скорость свободной поверхности будет определяться выражением (1.9).

W=U₁+U,

где — величина дополнительной скорости, приобретаемой веществом в волне расширения от состояния P₁ до состояния P_o=0.

В принципе для определения приращения скорости вещества в волне расширения необходимо использовать функциональный вид уравнения состояния. Однако, как показывает экспериментальная проверка, при ударных давлениях до ~ 50 ГПа для многих металлов с хорошей точностью (12%) справедливо так называемое правило удвоения, по которому W2U₁. То есть дополнительная скорость, приобретаемая веществом при разгрузке, равная массовой скорости в ударной волне.

Таким образом, в данном методе экспериментальные измерения сводятся к определению волновой скорости D и скорости свободной поверхности W.

Движение пластины под действием продуктов взрыва обычно сопровождается ее дроблением в связи, с чем этот метод измерения назван [4] методом откола.

С ростом давлений отклонение от правила удвоения возрастает, что снижает точность нахождения массовой скорости из-за необходимости введения расчетных поправок. Метод откола не является универсальным, поэтому в дальнейших работах советских исследователей он не нашел широкого применения.

2.2 Метод торможения

В принципе, точным и пригодным для изучения ударной сжимаемости материалов при неограниченно больших давлениях является метод торможения [4]. Схема постановки опыта по этому методу показана на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2-Схема опыта и x-t диаграмма метода торможения

С помощью заряда ВВ на некотором свободном пути разгоняется со скоростью W_у пластина (ударник) из исследуемого материала. Пластина ударяет по мишени из того же материала. Экспериментально измеряемыми параметрами являются скорость W_у ударника перед ударом по мишени и скорость D_м ударной волны в ней. В момент удара образуются две ударные волны (АВ и АЕ), распространяющиеся в разные стороны от контактной границы АС. Если ударник и мишень изготовлены из одного и того же материала, то в силу симметрии столкновения будут равными скачки массовых скоростей в обеих волнах.

Пусть в мишени массовая скорость равна U_м, тогда скачок массовой скорости ударной волны в ударнике равен W_у-U_м. То есть имеем W_у-U_м=U_м откуда U_м= . Варьируя величину скорости ударника W_у и проводя последовательно измерения волновых скоростей в мишени, получают серию точек, определяющих в своей совокупности положение динамической адиабаты исследуемого материала.

Метод торможения применим и в том случае, если ударник и мишень изготовлены из разных материалов. На практике так и поступают, поскольку не каждый материал можно использовать в качестве ударника. Кроме того, путем соответствующего выбора материала ударника можно от одного и того же заряда ВВ получить в исследуемом веществе ударные волны разных амплитуд. В этом случае, несмотря на равенство давлений в обеих ударных волнах, U_м . Возникающая “трудность” может быть преодолена, если известна ударная адиабата материала ударника.

Рассмотрим эту ситуацию на P-U – диаграмме рисунка 2.3. Ударная адиабата торможения ударника изображена кривой АУ, выходящей из начального состояния P=0, U=W_у. По измеренному значению D в мишени определяем наклон волнового луча ОМ: . Точка пересечения кривой торможения ударника и волнового луча определяет искомую величину массовой скорости.

Рисунок 2.3-P-U – диаграмма метода торможения.

Метод торможения не содержит приближенных предположений, поэтому в принципе, как указывалось ранее, применим для волн сколь угодно больших интенсивностей. Однако с увеличением W_у применение этого метода осложняется вследствие технических трудностей осуществления безнагревного и высокосимметричного разгона ударников.