Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физические основы взрыва. Монография
.pdf
теоретический верхний предел скорости распространения трещин под
,
прилегающим к внутренней поверхности осколка
действием постоянных растягивающих напряжений, равный для стали
2980 м/с.
В общем случае, как показали результаты моделирования процессов разрушения оболочки, в спектре осколков выявляются две разнородные совокупности осколков – крупные основные осколки типа А,
образованные магистральными трещинами и содержащие обе исходные поверхности цилиндрической оболочки, и сопутствующие мелкие
осколки типа В, содержащие одну исходную поверхность (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Основные (А) и сопутствующие (В) осколки;
поверхность разрушения по площадкам скольжения S
Спектр осколков типа В включает в себя два подкласса: В' –
осколки контактной зоны, примыкающей к заряду ВВ, образованные
поверхностями сдвига, В'' – осколки зоны, расположенной у внешней
поверхности оболочки, образованные в основном хрупкими отрывами
радиального направления.
Относительная масса основных осколков М
при фиксированном
А
типе ВВ увеличивается с увеличением относительной толщины стенки
и снижением содержания углерода в стали.
Осколки типа А и значительная часть осколков типа В имеют
более или менее значительное удлинение по образующей оболочки.
41
Это удлинение обычно характеризуется показателем
V
l
m
l
3
3
0
==
γ
l
l
= l/f, где l –
длина, f – средняя ширина осколка, или более объективным
показателем
,
где m, V – соответственно масса и объем осколка.
Введена следующая классификация осколков по величине
удлинения
l
:
4 ≥ l - компактные осколки;
8 ≥ l > 4 – нормальные осколки;
15 ≥ l > 8 – длинные осколки;
l > 15 – сверхдлинные осколки.
Наличие в спектре длинных и, в особенности сверхдлинных
осколков («сабель») указывает на неудовлетворительное дробление. В
наиболее неблагоприятных случаях, в частности вязкий металл,
низкобризантное ВВ, волокнистая структура включений и т.д., могут
образовываться осколки с длиной, равной длине оболочки («полосы»).
Поверхность разрушения основных осколков имеет, как правило,
две зоны: поверхность хрупкого отрывного разрушения (зона R),
прилегающая к внешней поверхности осколка, и поверхность
сдвигового разрушения по площадкам скольжения (зона S),
прилегающую к внутренней поверхности осколка.
Для моделирования и исследования фрагментации материала
оболочек (главным образом, сталей) боеприпасов и определения
метательно-дробящих свойств ВВ в отечественных и зарубежных
работах используются, так называемые, стандартные осколочные
цилиндры, типичные из которых представлены на рис. 3.6, имитирующие осколочно-фугасные снаряды.
При этом одной из основных целей экспериментальных и
расчетных исследований процесса взрыва осесимметричных оболочек
является получение или прогнозирование распределения осколков по
массе. Наибольшее распространение получило, так называемое
распределение Вейбулла, выведенное на основе предположений о
экспоненциальном распределении окружных трещин и о наличии
функциональной зависимости между площадью В поперечного
42
сечения осколка и его длиной L. Оценка качества дробления
∑
=
=
3
11i
iпрii
USПU
а
б
проводится с использованием классификационной диаграммы,
построенной для стандартного цилиндра закрытого типа с пересчетом
спектра осколков последнего на спектр натурных осколочно-фугасных
Рис. 3.6. Стандартные осколочные цилиндры
закрытого (а) и открытого (б) типов
снарядов калибра 100 - 152 мм с коэффициентом наполнения 0,15-0,20
в предположении, что распределение осколков по массе подчиняется
распределению Вейбулла.
Для каждой комбинации цилиндра N
осколков массой более 0,25 г,
фракции (1
< m<
4г) осколков прогнозируются параметры осколочного
µ
– относительное содержание средней
с
0,25
и
µ
, где N
с
0,25
поля снаряда и, соответственно, ущерб, наносимый одним снарядом
конгломерату целей, включающей мягкие цели, небронированную
технику и легкобронированные цели
43
– число
где П
S
U
– плотность целей данного класса на местности (1/м2);
i
– приведенная площадь поражения для целей данного класса (м2);
прi
– стоимость одной цели данного класса (у.е.).
i
Построенные на плоскости (N
0,25
-
µ
) линии равных ущербов и
с
заключенные между ними зоны с достаточным приближением могут
быть аппроксимированы прямоугольными областями. Построенная на
основе указанного подхода классификационная диаграмма N
0,25
-
µ
представлена на рис. 3.7. Здесь:
Рис. 3.7. Классификационная диаграмма качества дробления
стандартного цилиндра закрытого типа
класс I – высококачественное дробление, соответствует условию
N
≥
2000
µс ≥
0,25
0,45;
класс II – качественное дробление, соответствует условию
N
≥
1500
µс ≥
0,25
0,4;
класс III – удовлетворительное дробление, соответствует
условию N
0,25
<
1500
µс ≥
0,3;
класс IV – неудовлетворительное дробление, соответствует
условию N
0,25
<
1000
µс<
0,3.
Эти нормативы прошли международную апробацию.
Максимальный прогнозируемый уровень N
для осколочного
0,25
цилиндра составляет 3000.
с
44
Наряду с расчетом пробиваемых толщин металлических объектов
∫
).,( VSm
SwЕ
уд
/
0
=
SJi /
0
=
при оценке действия осколков широко используется также
критериальный подход. По этой концепции поражение объекта
достигается при выполнении условия к
≥
ккр, где к =
некоторая физическая величина или комбинация параметров
ударника; к
наиболее широко используются кинетическая энергия осколка w
– эмпирический параметр цели. В качестве величины к
кр
0
удельная кинетическая энергия
,
и удельный импульс
Литература к главе 3
3.1 Физика взрыва / под ред. К. П. Станюковича. – Изд. 2-е,
переработанное - М.: Наука, 1975. – С.334-339.
3.2 Патент РФ № 2360738, МПК В 02 С 19/10, В 29 В 17/02.
Способ отделения металлокорда и измельчения полой оболочки из
композиционного материала // Садыков И. Ф., Марсов А. А. Заявлен
16.11.2006. Опубл. 10.07.2009. Бюл. № 19.
3.3 Физика взрыва / Под ред. Л. П. Орленко. – Изд. 3-е,
переработанное, Т.2. – М.: Физматлит, 2002. – С.62-106.
45
Глава 4. КУМУЛЯТИВНОЕ ДЕЙСТВИЕ ЗАРЯДОВ ВВ
Рис. 4.1. Схема формирования
Кумуляцией в общем случае называют любое повышение и
концентрацию энергии, происходящие в результате движения потока
газов, жидких и твердых тел.
В физике взрыва хорошо изучена кумуляция, возникающая при
соударении пластин, струй, ударных и детонационных волн при
взаимодействии их с преградами.
Наиболее широко используется кумулятивный эффект в так
называемых кумулятивных зарядах, под которыми понимают заряды
ВВ, имеющие на одном из торцов симметричную выемку, при этом
детонация осуществляется с противоположного торца. В области
выемки в этом случае наблюдается значительное повышение
бризантного действия, которое является результатом образования и
действия кумулятивной струи. Последняя образуется как поток продуктов взрыва с поверхности выемки симметрично ее оси (рис. 4.1).
газовой кумулятивной струи
При истечении продуктов взрыва через поверхность
кумулятивной выемки они отклоняются так, что их действие будет
направлено почти перпендикулярно к этой поверхности, при этом, как
46
было показано (глава 2), отклонение не может превышать 17
о
. В
результате происходит своеобразное преломление движения
продуктов детонации с образованием потока, сходящегося вдоль оси
кумулятивной выемки. Этот поток будет обладать повышенной
плотностью и скоростью по сравнению с продуктами детонации,
которые разлетаются с боковых поверхностей заряда. На некотором
расстоянии от основания выемки происходит наибольшее уплотнение
такой газовой кумулятивной струи. Расстояние от основания выемки
до плоскости максимального уплотнения продуктов взрыва
называется фокусным расстоянием F газовой кумулятивной струи,
при котором проявляется максимальный кумулятивный эффект. Такая
газокумулятивная струя представляет собой высокоскоростной
направленный поток продуктов взрыва повышенной плотности
энергии, скорость такой струи может превышать даже вторую
космическую скорость равную 11,2 км/с. Однако такая
газокумулятивная струя имеет относительно низкую эффективность
действия по преграде, особенно на некотором удалении,
превышающем фокусное расстояние. Это обусловлено быстрым
расширением максимально уплотненных газообразных продуктов
взрыва, что приводит к радиальному рассеиванию и быстрому
снижению плотности продуктов взрыва.
4.1. Особенности формирования и действия кумулятивных
зарядов с металлической облицовкой у выемки
Резкое повышение кумулятивной энергии проявляется при
наличии металлической облицовки на поверхности выемки. Несмотря
на это обстоятельство, при этом сохраняются те физические
особенности, которые характерны для взрыва кумулятивного заряда
без облицовки выемки. Однако картина рассматриваемого явления
существенно меняется. Усиление кумулятивного эффекта при
наличии облицовки связано с весьма сильным и своеобразным
перераспределением энергии между ПВ и материалом металлической
облицовки, а также переходом части металла в кумулятивную струю.
При прохождении ДВ по поверхности облицовки происходит процесс
последовательного метания и обжатия частей облицовки, начиная с ее
вершины симметрично оси выемки (рис. 4.2). В результате
происходит последовательное соударение внутренних слоев
облицовки. За счет высокой скорости и давления соударения
внутренние слои металла
47
Рис. 4.2. Схема формирования струи с металлической
облицовкой у выемки
облицовки приобретают пластические свойства, приближающиеся к
свойствам жидкости. Течение металла внутренних слоев облицовки
дает начало образованию металлической кумулятивной струи начиная
с вершины и дальнейшему развитию ее по мере продвижения
детонационной волны к основанию выемки. Кумулятивная струя,
таким образом, создается исключительно за счет течения внутреннего
слоя металла облицовки, составляющего 10 - 20% массы всей
облицовки. Остальная часть, т.е. наружный слой облицовки, образует,
так называемый пест.
Формирование и движение кумулятивной струи можно разделить
на две стадии [4.1]. Первая стадия характеризует формирование струи
в процессе обжатия облицовки. В течение этого периода пест и струя
составляют одно целое, однако их движение совершается с
различными скоростями. Пест движется сравнительно медленно (2,0 2,1 км/с), струя, наоборот, обладает весьма большой скоростью.
Скорость эта, однако, различна по длине струи - головная часть имеет
наибольшую скорость (7 - 9 км/с), а скорость хвостовой части близка к
скорости песта.
Вторая стадия характеризуется тем, что благодаря градиенту
скорости по длине струи, она отрывается от песта. Наибольший
кумулятивный эффект достигается в том случае, когда струя
оторвется после того, когда прекратится подача металла в нее из
песта. Питание струи будет происходить до тех пор, пока
инерционные силы не будут уравновешены силами сцепления между
частицами металла. В этом смысле высокая пластичность металла
облицовки является положительным фактором.
В процессе формирования кумулятивной струи не происходит
плавление металла, хотя температура струи может достигать 900 -
48
о
Рис. 4.3. Различные режимы кумуляции:
в - промежуточный режим
1000
С. Наибольший эффект пробития преграды соответствует
максимальному удлинению струи. Описанный выше процесс
струеобразования приводит к формированию классической или
нормальной, сплошной, монолитной и высокоскоростной КС,
обладающей наибольшей пробивной способностью. При
существенном увеличении угла схлопывания, т.е. при переходе на
пологие конические и полусферические облицовки, наряду с
классическим режимом образования кумулятивной струи возможен,
так называемый, режим «обратной кумуляции», связанный с
механизмом выворачивания кумулятивной струи.
На рис. 4.3 схематично показаны различные режимы кумуляции,
связанные с изменением угла конической облицовки и профиля
полусферической облицовки [4.2].
а - классическая кумуляция;
б - «обратная» кумуляция;
В зарядах с высокими конусами реализуется режим классической
кумуляции (а), приводящий к формированию высокоскоростной и
высокоградиентной КС (максимальный выход металла в струю до
30%, скорости головной части порядка 9-10 км/с, хвостовой части
порядка 2-2,5 км/с, пробитие стальной преграды до ((9-10)d
зарядах с пологими конусами, с углом раствора порядка 150-160
сегментными облицовками высотой до (0,1-0,3) d
реализуется режим
0,,
). В
0
о
и
49
обратной кумуляции (δ), приводящий к формированию компактного
2/
1
3
1
41,0
α
η
tg
m
M
D
W
а
+
=
поражающего элемента, так называемого ударного ядра, с
практически 100% выходом материала облицовки в ударное ядро,
скоростью порядка 2,2-3,0 км/с и пробитием стальной преграды
толщиной (0,5-1,0) d
характерный для конических облицовок с углами раствора 100-120
. На рис.4.3 (в) показан промежуточный режим,
0
о
и
полусферических облицовок, приводящий к образованию массовой
малоградиентной струи с выходом металла облицовки в струю
порядка 50-60%, скоростью головной части порядка 4,5-5,0 км/с,
хвостовой части – порядка 1,5-2,0 км/с и пробитием стальной
преграды до (4-5) d
.
0
4.2. Основные параметры пробивного действия
кумулятивной струи
В соответствие с теорией пробивное действие кумулятивной
струи определяется тремя основными параметрами:
- скоростью головной части кумулятивной струи – W;
- глубиной пробития преграды – L;
- диаметром входного отверстия в преграде – d
.
вх
Скорость струи W
Исходя из гидравлической теории кумуляции, скорость головной
части кумулятивной струи можно определить из формулы [4.3]:
,
где
η
- коэффициент, учитывающий неполноту использования энергии
активной части заряда и поправку на среднее увеличение угла наклона
облицовки к оси при ее обжатии, обычно принимают
D и m
М- масса облицовки;
– скорость детонации и масса активной части заряда;
a
α
- угол вершины конической облицовки.
Исходя из этой формулы, скорость головной части кумулятивной
струи зависит от скорости детонации D. Чем больше D, тем больше W.
С уменьшением массы облицовки М скорость W возрастает. Но М не
может быть меньше определенной массы, обычно оптимальная
50
η ≈
0,67;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]