Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Моделирование связанных процессов в реагирующих средах. Монография
.pdf
4.6.Исследованиесверхбыстрыхпроцессоввслоистойсистеме«тефлон—алюминий»
4.6.Исследование
сверхбыстрыхфизико‐химическихпроцессов
вслоистойсистеме«тефлон—алюминий»
Исследовалось поведение слоистой системы «алюминий —
тефлон» под действием ударного импульса амплитудой от 20 до
1000 МПа. В компонентах системы возникают ударные волны,
скорость которых оценивается по модели В.
Изучены условия достижения резонансно подобного состояния в
слоевых компонентах — асимптотический рост напряжений на
переднем крае нагрузки при приближении скорости нагрузки к рэлеевской [316] — по условию равенства скорости движения нагрузки и рэлеевской скорости. Оценка минимальных характерных
размеров текстуры повреждаемости слоев компонентов l
проводится по наличию достаточного количества энергии ударного импульса на совершение работы разрушения. Количество энергии, необходимое для образования текстуры материала характерного размера, определяется по формуле Ирвина (2.14).
Ниже представлены возможные характерные размеры текстуры слоев компонентов l
, полученные в результате вычис-
1i
лительного эксперимента (табл. 9). Из таблицы 9 видно, что
чем больше амплитуда ударного импульса, тем мельче возможные характерные размеры.
Характерные размеры текстуры, мм
l
l
1Ft
7,17 1,59 0,96 0,65 9,82 2,18 1,32 0,90
6,09 1,52 0,89 0,64 8,35 2,09 1,22 0,87
5,60 1,50 0,86 0,62 7,67 2,05 1,18 0,85
3,84 1,49 0,83 0,58 5,26 2,05 1,14 0,79
3,31 1,33 0,78 0,54 4,54 1,82 1,07 0,74
Г. Щетинина [67].
= c1i/pi
1i
Таблица 9
1Al
211
4.Вычислительныйэксперимент
Окончание табл. 9
l
l
1Ft
1Al
2,71 1,14 0,78 0,53 3,71 1,57 1,07 0,72
2,62 1,14 0,71 0,50 3,58 1,57 0,97 0,69
2,36 1,09 0,68 0,44 3,23 1,50 0,93 0,60
2,15 1,00 0,67 0,43 2,95 1,37 0,92 0,59
1,83 0,97 0,67 0,37 2,50 1,34 0,92 0,50
На рисунке 49 отражена зависимость относительного объема материала δ, в котором достигнуто состояние резонанса от
амплитуды динамического воздействия P.
0.8
Ft
0.4
0
0 200 400 600 800 1000
Al
P, МПа
Рис. 49. Относительный объем материала,
в котором выполнено условие резонанса
Полученные результаты свидетельствуют о наличии критического значения амплитуды ударного импульса, преодоление которого приводит к возникновению резонансного режима
сначала в тефлоне (Р = 40 МПа), а затем и в алюминии
(Р = 880 МПа). Наблюдается значительный разрыв во времени
достижения максимальной степени механической активации в
слоях реагирующих компонентов (тефлона и алюминия).
Ударный запуск
химических превращений во взрывном режи-
ме возможен после активирования всех реагентов.
Проведенные исследования выявили перспективность разработанного подхода моделирования условий ударного запуска слоистых реагирующих систем.
212
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Развитый в монографии метод компьютерного моделирования связанных физико-химических процессов позволил
применить новые подходы к исследованию поведения химически реагирующих сред при динамическом нагружении:
1) модель химически реагирующего деформируемого твердого тела стохастической структуры с учетом характеристик структуры концентрационной неоднородности исходной смеси реагирующих компонентов и инертного наполнителя, кинетики
тия повреждаемости и фазовых переходов компонентов, механической активации, условий реализации сверхбыстрых химических превращений, возможности образования жидкой и газовой
фаз легкоплавкого компонента. Модель позволяет исследовать
закономерности деформирования гетерогенных химически реагирующих смесевых материалов типа Ni-Al, Ti-C, Zr-B;
2) метод анализа и схему компьютерного моделирования
процессов динамического уплотнения реагирующих порошковых тел указанного
типа;
3) комплексный критерий реализации нестационарного
процесса динамического уплотнения реагирующей порошковой
смеси, определяющий необходимые условия сверхбыстрых физико-химических превращений на фронте ударного импульса.
Разработанный подход позволяет получать прогноз параметров состояния химически реагирующей среды, условий
реализации синтеза и характеристик структуры на всех этапах
физико-химических превращений.
разви-
213
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ
1. А. с. 255221 СССР. Способ синтеза тугоплавких неорганиче-
ских соединений / А.
(СССР). — заявл. 1967; опубл. 1971. — Бюл. №
2. Мержанов А.
высокотемпературный синтез тугоплавких неорганических соединений // Докл. АН СССР. — 1972. — Т. 204, №
3. Мержанов А.
ный синтез // Физическая химия. — 1983. — Т. 3, №
4. Итин В.
И., Найбороденко Ю. С. Высокотемпературный синтез
интерметаллических соединений. — Томск : Изд-во Томского ун-та,
1989. — 214 с.
5. Найбороденко Ю.
ности горения композиционных металлических систем // Химическая физика процессов горения и взрыва: XII Симпозиум по горению
и взрыву. 11—15 сентября 2000. — Черноголовка : Изд-во ИСМАН,
2000. — Ч. 1. — С. 117—119.
6. Алдушин А.
тем, образующих конденсированные продукты реакции // Физика
горения и взрыва. — 1974. — Т. 10, №
7. Корчагин М.
Твердофазный режим самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Докл. АН. — 2000. — Т. 372, №
8. Алдушин А.
нородности внутренней структуры среды на горение конденсированных смесей реагентов, взаимодействующих через слой продукта //
ФГВ. — 1976. — Т. 12, №
9. Дорожкин Н.
ские основы газотермичесого и электроконтактного нанесения порошковых покрытий // Математические модели и алгоритмы для
Г. Мержанов, И. П. Боровинская, В. М. Шкиро
10. 2 с.
Г., Боровинская И. П. Самораспространяющийся
2. — С. 366—369.
Г. Самораспространяющийся высокотемператур-
44. — С. 6—45.
С., Итин В. И., Братчиков А. Д. Закономер-
П., Хайкин Б. И. К теории горения смесевых сис-
3. — С. 313—323.
А., Григорьева Т. Ф., Баринова А. П., Ляхов Н. З.
1. — С. 40—42.
П., Хайкин Б. И., Шкадинский К. Г. Влияние неод-
6. — С. 819—827.
Н., Абрамович Т. М., Витиска Н. И. Теоретиче-
214
Списоклитературы
имитации физических процессов : матер. междунар. науч.-техн.
конф. (11—14 сентября, 2006, Таганрог, Россия). — Таганрог : Издво Таганрог. гос. пед. ин-та, 2006. — Т. 3. — 88 с.
10. Кирдяшкин А.
И., Максимов Ю. М., Мержанов А. Г. О влия-
нии капиллярного растекания на процесс горения безгазовых систем
// ФГВ. — 1981. — Т. 17, №
11. Корчагин М.
А., Александров В. В., Неронов В. А. Фазовый со-
6. — С. 10—15.
став промежуточных продуктов взаимодействия никеля с алюминием // Изв. Сиб. отд-ние АН СССР. Сер. хим. наук. — 1979. —
Вып. 6. — С. 104—111.
12. Александров В.
В., Корчагин М. А., Болдырев В. В. Механизм и
макрокинетика взаимодействия компонентов в порошковых смесях //
Докл. АН СССР. — 1987. — Т. 292, №
13. Нерсисян Г.
А., Харатян С. Л. Режимы активированного го-
4. — С. 879—881.
рения и механизм формообразования в системе Мо-С // Химическая
физика процессов горения и взрыва: XII Симпозиум по горению и
взрыву. 11—15 сентября 2000. — Черноголовка, 2000. — Ч. 3. —
С. 148—150.
14. Абовян Л.
С., Нерсисян Г. А., Харатян С. Л. Закономерности
горения вольфрама с углеродом в условиях термической активации //
Хим. физика. — 1994. — Т. 13, №
15. Сеплярский Б.
С., Ваганова Н. И. Конвективное горение безга-
10. — С. 127—133.
зовых систем // Химическая физика процессов горения и взрыва:
XII Симпозиум по горению и взрыву. — Черноголовка, 2000. — Ч. 1. —
С. 137—139.
16. Савицкий А.
С. Жидкофазное спекание систем с взаимодейст-
вующими компонентами. — Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние,
1991. — 184 с.
17. Химия синтеза сжиганием / ред. М. Коидзуми ; пер. с яп. —
М.: Мир, 1998. — 247 с.
18. Вольпе Б.
М. Разработка физических основ интегральных
технологий самораспространяющегося высокотемпературного синтеза дисперсных материалов на основе легированных интерметаллических соединений никеля и титана : автореф. дис. … д-ра техн. наук. — Томск, 1998. — 44 с.
19. Бондарь М.
П. Научные основы получения новых материалов
динамическими методами : автореф. дис. ... д-ра физ.-мат. наук. —
Томск, 1996. — 42 c.
20. Tarento R.
J., Blaise G. // Acta Metallurgia. — 1989. — Vol. 37,
№ 9. — P. 2305—2312.
215
Списоклитературы
21. Корчагин М. А., Григорьева Т. Ф., Баринова А. П., Ляхов Н. З.
Твердофазный режим горения СВС-систем // Химическая физика
процессов горения и взрыва. XII Симпозиум по горению и взрыву.
Черноголовка, 2000. — Ч. 1. — С. 90—92.
22. Korchagin M.
A. The Effect of Mechanical Treatment on the Rate
and Combustion Limits of SHS Processes // V International Symposium
on SHS. Book of Abstracts. — Moscow, 1999. — P. 39.
23. Егорычев К.
Н., Курбаткина В. В., Колесниченко К. В. Иссле-
дование взаимодействия в системе Ti-B-Si при механоактивации исходных компонентов // Изв. вузов. Цв. металлургия. — 1997. — №
3.
— С. 36—38.
24. Ермилов А.
Г., Егорычев К. Н., Либенсон Г. А. Интенсифика-
ция твердофазных взаимодействий с помощью предварительной механической активации // Там же. — №
25. Егорычев К.
Н., Курбаткина В. В., Левашов Е. А. Перспективы
1. — С. 53—61.
применения механического активирования низкоэкзотермических
материалов для синтеза композиционных материалов СВС-технологией // Там же. — 1996. — №
26. Егорычев К.
Н. Исследование взаимодействия в системе Ti-Si
6. — С. 49—52.
при использовании механоактивации исходных компонентов // Там
же. — №
2. — С. 49—52.
27. Егорычев К.
Н., Курбаткина В. В., Нестерова Е. Ю. Влияние
механического активирования на взаимодействие в системе Мо-Si //
Там же. — №
28. Болдырев В.
дых веществ // Изв. АН СССР. Сер. хим. — 1990. — №
1. — С. 71—74
В. Механохимия и механическая активация твер-
10. —
С. 2228—2245.
29. Болдырев В.
ских веществ // Журн. Всесоюз. хим. о-ва им. Д.
1988. — T. 33, №
30. Аввакумов Е.
В. Механические методы активации неорганиче-
И. Менделеева. —
4. — С. 374—383.
Г. Механические методы активации химических
процессов. — Новосибирск : Наука, 1986. — 303 с.
31. Даниелян Н.
твердофазных реакциях // Докл. АН СССР. — 1991. — T. 321, №
Г. О переходе медленного горения в детонацию в
2. —
С. 326—330.
32. Ениколопян Н.
С. Сверхбыстрые химические реакции в твер-
дых телах // Журн. физ. химии. — 1989. — T. 63, вып. 9. —
С. 2289—2298.
33. Ениколопян Н.
С., Мхитарян А. А., Карагезян А. С. Сверхбыст-
рые реакции разложения в твердых телах под давлением // Докл. АН
СССР. — 1986. — T. 288. — С. 657.
216
Списоклитературы
34. Ениколопян Н.
С. и др. Непосредственный переход химической
энергии в механическую без термолизации // Докл. АН СССР. —
1991. — Т. 319, №
35. Ениколопян Н.
6. — С. 1384—1387.
С., Маневич А. И., Смирнов В. В. Влияние упорядо-
ченности элементарных возбуждений на химические процессы в твердых
телах // Докл. АН СССР. — 1991. — T. 10, №
36. Ениколопян Н.
С. и др. Кинетика взрывных химических реак-
ций в твердых телах // Докл. АН СССР. — 1987. — Т. 15, №
3. — С. 381—398.
3. —
С. 1151—1154.
37. Ениколопян Н.
С., Мхитарян А. А. Низкотемпературные дето-
национные реакции в твердых телах // Докл. АН СССР. — 1989. —
T. 15, №
дых телах // Докл. АН СССР. — 1986. — T. 10, №
12. — С. 384—387.
38. Ениколопян Н.
39. Гордополов Ю.
С. и др. Взрывные химические реакции в твер-
3. — С. 1165—1169.
А., Трофимов В. С., Мержанов А. Г. О воз-
можности безгазовой детонации конденсированных систем // Докл.
АН. — 1995. — Т. 341, №
40. Гордополов А.
3. — С. 327—329.
Ю. и др. Химические превращения в смеси
Ti-C, инициированные ударной волной // Химическая физика про-
цессов горения и взрыва. XII Симпозиум по горению и взрыву. Черноголовка, 2000.
41. Штейнберг А.
— Ч. 2. — С. 190—192.
С., Князик В. А., Фортов В. Е. О возможности
безгазовой детонации конденсированных систем // Докл. АН. —
1994. — T. 336, №
42. Бацанов С.
1. — С. 71—74.
С. Твердофазные химические реакции в ударных
волнах: кинетические исследования и механизм // ФГВ. — 1996. —
T. 32, №
давлений // Успехи химии. — 1985. — T. 55, №
1. — С. 115—128.
43. Бацанов С.
44. Бацанов С.
С. Неорганическая химия высоких динамических
4. — С. 579—607.
С. Синтез под действием ударного сжатия // Пре-
паративные методы в химии твердого тела. — М. : Мир, 1976. —
С. 155—170.
45. Meyers M.
A. et al. Effect of shock pressure and plastic strain on
chemical reactions in Nb-Si and Mo-Si systems // Materials Science and
Engineering. — 1995. — A 201. — P. 150—158.
46. Nesterenko V.
F. et al. Controlled high-rate localized shear in po-
rous reactive media // Appl. Phys. Lett. — 1994. — Vol. 65 (24). —
P. 3069—3071.
47. Thadhani N.
of materials // Progress in Materials Science / ed. J.
N. Shock-induced Chemical Reactions and Synthesis
W. Christian [et al.]. —
Oxford [et al.] : Pergamon Press, 1993. — Vol. 37, № . 2. — P. 117—226.
217
Списоклитературы
48. Thadhani N. N. Shock-induced and shock-assisted solid-state
chemical reaction in powder mixtures // J. Appl. Phys. — 1994. — 76,
№
4. — P. 2129—2138.
49. Уракаев Ф.
системе B/C-Mg/Al/Ca // Докл. РАН. — 2003. — Т. 389, №
Х., Шевченко В. С. Механохимический синтез в
4. —
С. 486—489.
50. Кетегенов Т.
А. и др. Моделирование реакции взаимодействия
материала мелющих тел с обрабатываемым веществом в механохимических реакторах // Докл. НАН РК. — 2003. — №
51. Штерцер А.
А. Взрывное компактирование порошковых ма-
1. — С. 67—72.
териалов : автореф. дис. … д-ра физ.-мат. наук. — Новосибирск,
2000. — 27 с.
52. Штерцер А.
А. Влияние состояния поверхности частиц на их
консолидацию при взрывном компактировании порошковых и гранульных материалов // ФГВ. — 1993. — Т. 29, №
53. Бальшин М.
Ю. Научные основы порошковой металлургии и
6. — С. 72—78.
металлургии волокна. — М. : Металлургия, 1972. — 336 с.
54. Бальшин М.
Ю., Кипарисов С. С. Основы порошковой метал-
лургии. — М. : Металлургия, 1978. — 184 с.
55. Жданович Г.
М. Теория прессования порошков. — М. : Ме-
таллургия, 1969. — 264 с.
56. Перельман В.
Е. Формование порошковых материалов. — М. :
Металлургия, 1979. — 232 с.
57. Гегузин Я.
58. Витязь П.
Е. Физика спекания. — М. : Наука, 1984. — 312 с.
А. и др. Формирование структуры и свойств порис-
тых порошковых материалов. — М. : Металлургия, 1993. — 240 с.
59. Скороход В.
В. Порошковые материалы на основе тугоплав-
ких металлов и соединений. — К. : Технiка, 1982. — 167 с.
60. Скороход В.
В. Физико-механические свойства пористых мате-
риалов // Порошковая металлургия-77. — К. : Наук. думка, 1977. —
С. 120—129.
61. Скороход В.
В. Среднеквадратичные напряжения и скорости
деформации в вязко-деформируемом пористом теле // Порошковая
металлургия. — 1965. — №
62. Мартынова И.
12. — С. 31—35.
Ф., Скороход В. В., Штерн М. Б. Исследование
радиального и осевого уплотнения пористого тела методами механики сжимаемого континуума // Порошковая металлургия. — 1979.
— №
9. — С. 69—75.
63. Мартынова И.
Ф., Штерн М. Б. Уравнение пластичности по-
ристого материала, учитывающее истинные деформации материала
основы // Порошковая металлургия. — 1978. — №
1. — С. 23—29.
218
Списоклитературы
64. Нестеренко В.
Ф. Импульсное нагружение гетерогенных ма-
териалов. — Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1992. — 200 с.
65. Киселев С.
П. и др. Ударно-волновые процессы в двух-
компонентных и двухфазных средах / Новосибирск : ВО Наука,
1992. — 261 с.
66. Бузюркин А.
Е., Киселев С. П. О возникновении «холодного»
слоя при взрывном компактировании порошков // Прикладная механика и техническая физика. — 2000. — Т. 41, №
67. Щетинин В.
Г. Ударное сжатие и разогрев пористых сред //
Shock waves in condensed matter / ed. by A.
1. — С. 192—197.
L. Birukov [et al.]. Saint-
Petersburg, 1998. — P. 186—197.
68. Зелепугин С.
А., Никуличев В. Б. Численное моделирование
взаимодействия серы и алюминия при ударно-волновом нагружении
// ФГВ. — 2000. — Т. 36, №
69. Горельский В.
6. — C. 186—191.
А. и др. Экспериментальное исследование и
численное моделирование системы титан-кремний, подвергнутой
ударно-волновому воздействию в плоской ампуле сохранения // Химическая физика. — 1999. — Т. 18, №
70. Горельский В.
А., Зелепугин С. А. Расчет ударно-волнового
5. — С. 102—107.
компактирования керамического порошка в цилиндрической ампуле
// Изв. РАН. МТТ. — 1998, №
71. Кректулева Р.
6. — С. 82—89.
А., Платова Т. М., Югов Н. Т. Особенности
распространения пространственных ударных волн средней интенсивности в конденсированных градиентных средах // Труды международной конференции «Новые методы в физике и механике деформируемого твердого тела». — Терскол, 1990. — С. 265—272.
72. Каракулов В.
В. и др. Структурированная пористая среда.
Особенности течения в ударных волнах // Там же. — С. 214—224.
73. Герасимов А.
В., Пашков С. В., Сурков В. Г. Численное моде-
лирование пробития слоистой преграды под углом к поверхности //
Изв. вузов. Физика. — 2007. — Т. 50, №
74. Победря Б.
Е. Механика композиционных материалов. — М. :
9/2. — С. 46—50.
Изд-во Моск. ун-та, 1984. — 336 с.
75. Ванин Г.
А. Микромеханика композиционных материалов. —
Киев : Наукова думка, 1985. — 304 с.
76. Шермергор Т.
Д. Теория упругости микронеоднородных
сред. — М. : Наука, 1977. — 400 с.
77. Кристенсен Р. Введение в механику композитов. — М. :
Мир, 1982. — 334 с.
219
Списоклитературы
78. Вильдеман В.
Э., Соколкин Ю. В., Ташкинов А. А. Механика
неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов / под ред. Ю.
В. Соколкина. — М. : Наука : Физматлит,
1997. — 288 с.
79. Платова Т.
М. и др. Разработка принципов создания перспек-
тивных композиционных материалов для экстремальных условий
эксплуатации // Конверсия. — 1996. — Вып. 8. — С. 22—25.
80. Leitsin V.
N., Dmitrieva M. A., Kolmakova T. V. Governing Fac-
tors of Physical and Chemical Behavior of Reactive Powder Materials //
Powder Metallurgy Research Trends / ed. L.
J. Smit, J. H. Van Dijk. —
Nova Science Publishers, Inc. NY, 2008.
81. Лейцин В.
Н. Математическое моделирование процессов ди-
намического уплотнения реагирующих порошковых материалов со
структурой: дис. … д-ра физ.-мат. наук. — Томск, 2004. — 314 с.
82. Дмитриева М.
А., Колмакова Т. В., Лейцин В. Н. Исследование
условий автоколебательного режима физико-химических превращений // Изв. вузов. Физика. Тематический вып. под. ред. А.
нова. — 2008. — Т. 51, №
83. Лейцин В.
Н. Эффекты формирования структуры с нано-
8/2. — C. 148—154.
А. Глазу-
метрическими морфологическими элементами в динамически нагруженном реагирующем порошковом слое // Вестник Том. гос.
ун-та. — 2003. — №
84. Дмитриева М.
13. — С. 28—33.
А. Комплексный критерий перехода к нерав-
новесным процессам в реагирующих порошковых смесях // Вестник
Тверского государственного университета. Сер. Прикладная математика. — 2007. — Вып. 6., №
85. Лейцин В.
Н., Дмитриева М. А. Моделирование механохими-
17 (45). — С. 87—90.
ческих процессов в реагирующих порошковых средах. — Томск:
Изд-во НТЛ, 2006. — 188 с.
86. Скрипняк В.
А., Лейцин В. Н., Дмитриева М. А. Моделирова-
ние процессов ударного синтеза алюминидов // Химическая физика. — 2002. — Т. 21, №
87. Лейцин В.
8. — С. 14—18.
Н., Дмитриева М. А. Моделирование процессов
ударной модификации реагирующих порошковых материалов // Физическая мезомеханика. — 2002. — Т. 5, №
88. Leitsin V.
N., Skripnyak V. A., Dmitrieva M. A. Three-scale model
4. — С. 55—65.
for numerical simulation of mechano-chemical processes in shockcompressed powder bodies // Shock compression of condensed matter2001 / ed. by M.
D. Furnish [et al] ; American Institute of Physics, 2002.
— P. 1093—1096.
220
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]