Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Физические основы взрыва. Монография

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 114 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

В зависимости от указанной неравномерности физических свойств заряда ВВ при распространении детонационной волны как ее фронт, так и фронт поля взрыва будут иметь деформированный характер в виде различной степени и формы выступов и впадин (рис. 2.8).

Литература к главе 2

2.1 Физика взрыва / Под ред. К. П. Станюковича. – Изд. 2-е, переработанное – Физико-математическое изд-во: Наука, 1975. – С.444-458.

2.2 О. Е. Власов. Основы динамики взрыва. – Изд-во ВИА, 1945.

2.3 И. П. Станюкович, Л. П. Орленко. Основы теории действия взрыва. – Изд-во ВИА, 1964.

2.4 Теория горения и взрыва. Учебн. пособие. Под ред. Б. И. Шехтера. – Минобороны СССР, - М., 1970. – 521с.

2.5 К. К. Андреев, А. Ф. Беляев. Теория взрывчатых веществ. – М.: Оборонгиз, 1966.

2.6 А. Ф. Беляев. Горение, детонация и работа взрыва конденсированных систем. – М.: Наука, 1968.

2.7 Челышев В. П. Основы теории взрыва и горения. – М.: МО СССР, 1981.

Глава 3. МЕТАНИЕ ТЕЛ ПРОДУКТАМИ ДЕТОНАЦИИ

И ОСКОЛОЧНОЕ ДЕЙСТВИЕ

Метанием тел в теории взрыва называют процесс приобретения

каким-либо телом или окружающей средой кинетической энергии, создаваемой в результате взрывчатого превращения метательного ВВ. При этом все взрывчатые вещества – собственно бризантные ВВ, пороха, твердые смесевые топлива и пиротехнические составы – могут классифицироваться в качестве метательных ВВ.

При использовании порохов и СТТ, основной формой взрывчатого превращения которых является горение, осуществляют преимущественно метание снарядов в ствольной артиллерии, метание боевых частей с помощью реактивного двигателя и т.д. Пиротехнические составы в основном применяются для метания зажигательных, осветительных, дымовых и тому подобных элементов.

Энергия же детонационных процессов, которые присущи бризантным ВВ, используется для метания оболочки заряда с последующим образованием осколков, для метания кумулятивной облицовки с дальнейшим образованием кумулятивной струи, торцевого метания плоского или сегментного элемента и многих других бризантных форм метания различных материалов.

3.1. Метание пластин

Классическим примером метания продуктами детонации (ПД) заряда ВВ является метание пластины относительно неподвижной пластины, осуществляемое в технологии сварки металлов взрывом. При этом одним из важных параметров процесса сварки является скорость метаемой пластины в зависимости от характеристик заряда ВВ и самой метаемой пластины (рис. 3.1). Решение задачи о метании пластины скользящей, т.е. параллельной к поверхности этой пластины, детонационной волной является достаточно сложным для математического расчета, так как разлет ПД представляет собой трехмерную картину. По этой причине для получения расчетных зависимостей используются решения более простых одномерных задач. Наиболее распространенной из них является одномерная схема метания, при которой используется гипотеза мгновенной детонации. Американским ученым Гарни исходя их этих условий предложено следующее выражение для скорости

−

r ==

δρ

DSinV =

Рис. 3.1. Схема сварки металлов

взрывом:

1 – неподвижная пластина; 2 – метаемая пластина; 3 – слой ВВ; V

– скорость метания пластины

метания плоской пластины:

где r – коэффициент нагрузки, равный отношению массы заряда ВВ m к массе метаемой пластины М, т.е.

где

– соответственно плотности и толщины заряда ВВ и

метаемой пластины; к – показатель адиабаты ПД.

При известном угле процессе сварки взрывом, скорость метания определяется зависимостью

Приближение результатов расчетных значений скорости метания в условиях одномерной схемы к параметрам практического процесса метания обычно осуществляется путем введения в указанные формулы эмпирических коэффициентов или поправок. Такие приближения дают удовлетворительные результаты для зарядов только из ряда некоторых индивидуальных ВВ. Это объясняется тем, что при выводе этих формул использовалась зависимость из

поворота пластины, создающемся в

гидродинамической теории детонации

)1(2

−

которая предусматривает, что вся энергия взрыва ВВ затрачивается на создание и поддержание распространения детонационной волны. Такое соответствие справедливо, однако только для идеальных газов и теоретически не обосновано для конденсированных ВВ. Последнее особенно касается смесевых ВВ типа окислитель-горючее, при детонации которых значительная часть энергии ВВ выделяется вне зоны детонационной волны.

Показатель к в общем случае является величиной переменной, зависящей от создаваемого зарядом ВВ детонационного давления. Так, например для заряда из насыпного гексогена к = 2,8, для аммонита 6ЖВ к = 2,5, а для смеси аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 50/50 к = 2,2.

В рассмотренных задачах, кроме того, скорость метания определяется для пластины, которая принимается абсолютно жесткой, то есть несжимаемой. В реальных условиях метаемая пластина сжимаема, и для определения скорости метания в рамках одномерной схемы используется численный метод с учетом волновых явлений как в ПД, так и в последующей сжимаемости метаемой пластины. При этом рассматривается как траектория движения границы раздела ПД и пластины, так и траектория движения свободной поверхности пластины в схеме торцевого метания заряда ВВ (рис. 3.2). Результаты такого численного расчета процесса метания стальной пластины толщиной 5 мм слоем заряда ВВ толщиной 50 мм из ТГ 36/64 плотностью

= 1,71 г/см3 и D = 8 км/с представлены на рис. 3.3.

При падении детонационной волны на границу ПД - пластина происходит удар по пластине, который, мгновенно преодолевая инерцию пластины, ускоряет ее движение. При этом от этой границы в ПД отражается одна ударная волна, а по слою пластины движется другая ударная волна сжатия. При выходе последней на свободную поверхность пластины образуется волна разгрузки, а граница ПД - пластина тормозится.

Далее волна нагрузки отражается от этой границы, в результате чего образуется волна сжатия и происходит ускорение этой границы и образование новой волны разгрузки. До момента ее прихода свободная

Рис. 3.2. Схема торцевого метания пластины продуктами детонации заряда ВВ:

1 – пластина; 2 – заряд ВВ

1 – несжимаемая пластина; 2 – сжимаемая пластина

Рис. 3.3. Зависимость

скорости V

границы раздела

ПД - пластина от расстояния

Х:

поверхность пластины тормозится и ее скорость уменьшается до момента прихода волны сжатия. Набор скорости границы ПДпластина осуществляется, таким образом, четко выраженными скачками, соответствующими отражению волны разгрузки от этой границы.

Если пластину считать несжимаемой, то набор скорости будет происходить плавно (кривая 1, рис. 3.3). Наибольшее расхождение между скоростями жесткой и сжимаемой пластинами при этом получается в начале движения. Следует отметить медленное затухание расчетных максимальных напряжений при отражении волн разрежения и сжатия в пластине. Так расчеты этих напряжений показывают, что в первой волне сжатия напряжение сжатия было равно 183 кбар, в первой волне разрежения (после отражения УВ от свободной поверхности) максимальное растягивающее напряжение составило 94 кбар; в восьмой волне сжатия – 87 кбар, в восьмой волне разрежение напряжения растяжения достигало 78 кбар.

При первом отражении волны пластина приобретает 40% полной кинетической энергии, которую пластина получает при метании, а после третьего отражения – 80% полной энергии. При этом пластина после третьего отражения проходит расстояние, равное двум

толщинам пластины.

Ми

ЕЕЕЕ

фпкс

=++++

При отражении УВ от свободной поверхности возникает зона растягивающих напряжений. Если последние превосходят предел прочности на разрыв, то в пластине образуется откольная трещина. Образующаяся в пластине откольная трещина сначала расширяется, а затем обе половинки разорванной пластины вновь схлопываются, при этом от места удара распространяются две ударные волны. Эффект четко выраженного скачкообразного процесса метания тела с соответствующими волнами сжатия и растяжения, приводящих к циклическим разрывающим напряжениям, в настоящее время используется при разработке способа дробления амортизированных автопокрышек с металлокордами и получения таким образом резиновой крошки [3.2]. Такая утилизация изношенных покрышек позволяет повторно использовать полученную резиновую крошку для изготовления резинотехнических изделий¸ а также частично вводить ее в свежую резиновую массу при изготовлении новых автопокрышек.

3.2. Скорость метания оболочки заряда

Метание оболочки заряда, ее разрушение и разлет осколков происходит за счет энергии, выделяющейся при детонации заряда ВВ. Если масса оболочки превосходит массу заряда ВВ, то при расчете скорости оболочки можно, в первом приближении, пользоваться гипотезой мгновенной детонации, поскольку отражение волн от внутренней поверхности оболочки произойдет несколько раз, прежде чем эта оболочка разрушится.

Максимальную скорость растяжения оболочки постоянной толщины для закрытого со всех концов заряда или, по крайней мере, очень длинного цилиндра можно определить из уравнения сохранения энергии

где u – максимальная скорость оболочки; М – масса оболочки; т

– масса заряда ВВ; Q – теплота взрывчатого превращения; Е

–

энергия, передаваемой среде (воздуху, воде, грунту), окружающей оболочку; Е внутренняя потенциальная энергия продуктов детонации; Е

– кинетическая энергия продуктов детонации; Еп –

– энергия

формоизменения, затрачиваемая на пластическую деформацию

оболочки.

Ми

mu2

)1(2

QkD −=

u22=

С той или иной степенью приближения можно оценить составляющие Е

Однако и в этом случае полученная формула не учитывала бы истечения ПД вдоль оси заряда для цилиндрических оболочек конечной толщины и истечения ПД при разрыве оболочки. Не учитывала бы эта формула и взаимодействие детонационной волны с оболочкой. Затем следует отметить, что эта формула предполагает толщину оболочки вдоль образующей постоянной, в противном случае скорости различных частей оболочки будут разными. Далее эта формула выведена для плоского и шарового заряда или для цилиндрического заряда большой протяженности. Для различных других случаев эта формула определяет завышенное значение некоторой средней скорости, например, для случая короткого цилиндра без днищ.

В этой связи при практической оценке принимают допущение, что вся энергия mQ расходуется на метание оболочки, т.к. энергии

с+Ек+Еп+Еф

30% mQ). Это позволяет произвести сравнительную оценку метательной способности зарядов различной природы ВВ при одной и той же конструкции боеприпасов. В этом случае

, Ек, Еп и Еф и вычислить значение u.

имеют более или менее постоянную величину (около

Для удобства пользуются формулой из теории детонации

детонации D и теплотой взрыва ВВ Q. При к=3 и D= метания можно выразить формулой

Эта формула дает верхний теоретический предел скорости метания оболочки продуктами детонации. В ней параметр Q заменен

тогда

, устанавливающей связь между скоростью

, скорость

на D, так как последний более правильно отражает бризантный

.08.0 ≈=

характер метания оболочки. Следует отметить, что установленная гидродинамической теорией связь между скоростью детонации и теплотой взрыва в виде приведенной выше формулы предполагает переход всей энергии ВВ в детонационную волну. Это справедливо для идеальных газов и не является обоснованной для конденсированных ВВ. Для последних часть энергии выделяется за пределами детонационной волны, поэтому формула для скорости метания оболочки дает завышенные результаты. Кроме того, при снижении плотности заряда ВВ D всегда уменьшается, а Q для зарядов ряда ВВ не зависит от начальной плотности заряда, поэтому использование формулы, связывающей D и Q по гидродинамической теории, теряет свой смысл.

Из формулы для скорости метания оболочки заряда ВВ вытекает, что она увеличивается с повышением скорости детонации D, массы m заряда ВВ и уменьшением массы оболочки М. Так как уменьшение М имеет предел, то отклонение М/m, при котором достигается оптимум скорости оболочки, определяется на основе практики. Например, при М/m = 4,5 и D = 7000 м/с u = 1165 м/c.

В случае готовых осколков оболочки, то есть оболочки состоящей из отдельных элементов, расчет показывает

Отношение скоростей метания с готовыми элементами u

сплошной оболочек u составляет

то есть затраты на разрыв сплошной оболочки невелики. Представленные формулы не учитывают распределение скоростей осколков по длине оболочки заряда. В середине заряда скорости, очевидно, будут больше, чем у торцов. С увеличением длины заряда, как показывает анализ, величина скорости довольно быстро приближается к своему предельному значению и достигает его при длине заряда l

≈

8r0.

3.3. Процесс расширения и разрушения металлической

оболочки заряда ВВ с образованием осколочных спектров

Методами оптической и рентгеноимпульсной съемки установлено, что в процессе расширения оболочка приобретает форму усеченного конуса с некоторым углом наклона образующей к оси, зависящего от скорости оболочки. Прорыв ПД через оболочку начинается при относительном увеличении внешнего радиуса по отношению к первоначальному порядка 3, то есть динамическая деформация оболочек до разрушения значительно превосходит предельные деформации от статических разрывных нагрузок. Это явление, называемое динамической сверхпластичностью, объясняется специфическими условиями деформации оболочек под воздействием контактной взрывной нагрузки, а именно равномерным распределением деформаций по окружности без их локализации. Явление имеет ту же природу, что и сверхпластичность кумулятивной струи, также реализуемая за счет принудительного распределения деформаций по всей длине струи [3.4].

Установлено, что донья даже с относительно небольшой толщиной обеспечивают закрытый в осевом направлении характер расширения оболочки вплоть до полного ее разрушения. Момент образования зазора с прорывом кольцевого облака ПД, наиболее четко выявляемый оптической съемкой, соответствует относительному времени

= Dt/L0 = t/t

≈

1, где L0 – длина заряда, t0 = L0/D – время

пробега детонационной волны по заряду ВВ, t – продолжительность излучения воздушной ударной волны в оболочке, t

≈

(Lm – длина

m/2

оболочки).

Аналогичное явление значительного пластического изгиба стенки имеет место в донной части оболочки, хотя здесь на контактную часть оболочки действует большая по амплитуде (вследствие отражения детонационной волны от дна) и более длительная нагрузка. Кольцевой прорыв ПД в донном сечении происходит примерно при

τ ≈

2. Осевой

сдвиг доньев за время разрушения цилиндра незначителен. Искривление оболочки охватывает торцевые зоны. В остальной части реализуется «стационарная» зона, в которой оболочка приближенно сохраняет форму конуса. Относительная длина «стационарной» зоны колеблется в пределах 0,7 - 0,9. На рис. 3.4 представлена схема процесса расширения, образования трещин и разрушения цилиндрической оболочки заряда ВВ. Если прорыв ПД фиксируется

Рис. 3.4. Схема расширения и разрушения оболочки

b b

на внешней поверхности оболочки);

фиксируемых по прорыву ПД на внешнюю

1 2 – разлет ПД и осколков

относительно четко, то появление трещин достоверно выявляется

оптической съемкой лишь тогда, когда трещины уже достигают значительного раскрытия.

заряда ВВ:

- начальный радиус оболочки;

–радиус трещинообразования (появление трещин

– радиус разрушения (появление сквозных трещин,

– оболочка;

Для пластических материалов оболочки характерным является развитие длинных прямолинейных трещин, распространяющихся по направлению детонационного фронта («бегущих» трещин). В отдельных случаях «бегущие» трещины проходят через всю длину оболочки. Измерение скоростей вершин «бегущих» трещин вдоль оболочки с помощью оптической съемки дает значения в диапазоне

2000 - 4000 м/с. Верхнее значение существенно превышает

поверхность f);

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 114 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]