ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние кинетики разрушения на формирование откольного импульса из "Ударно-волновые явления в конденсированных средах " Рассмотрим в акустическом приближении кавитацию в результате отражения треугольного импульса сжатия от границы с веществом, имеющим меньшую динамическую жесткость [9]. Процесс иллюстрируется диаграммами расстояние — время и скорость—давление на рис.5.6, 5.7. Цель анализа—определение закономерностей движения границ зоны кавитации и проявление этого движения на профилях скорости контактной поверхности. Предполагается, что прочность на разрыв для анализируемого материала равна нулю. [c.159] Под действием противодавления со стороны преграды несплошности вблизи правой границы области кавитации закрываются, а сама граница смещается влево (линия AR на рис.5.6). Найдем закон ее движения. [c.160] Анализ последующих стадий процесса показывает, что скорость правой границы области кавитации в процессе волновых циркуляций монотонно уменьшается. [c.162] Таким образом, результаты анализа показывают заметную динамику зоны кавитации, которую следует учитьшать при интерпретации волновых профилей на контактной поверхности, получаемых при исследовании откольных явлений в малопрочных средах. [c.163] Регистрация профилей скорости свободной поверхности дает информацию об изменениях напряженного состояния в слое образца между его тыльной поверхностью и поверхностью разрушения. Сведения о дальнейшей эволюции нагрузки при распространении отраженной волны разрежения за плоскость откола остаются недоступны. Между тем, эти данные могли бы бьггь полезными для оценки кинетики процесса разрушения. [c.163] В рассматриваемом случае, как и в не релаксирующей среде, характеристиками являются прямые с наклоном dh/dt) = а а траектории частиц h = onst. [c.164] Соответствующие измерения были проведены с образцами меди и нержавеющей стали [И]. Плоская ударная волна приблизительно треугольного профиля вводилась в образец через толстый слой парафина. С использованием манганиновых датчиков на контактной границе между парафином и образцом измерялись профили давления. Схема и осциллограммы опытов показаны на рис.5.9 соответственно для меди и нержавеющей стали. На осциллограммах фиксируется приход ударной волны на контактную границу, затем относительно медленный спад давления под действием волны разгрузки, распространяющейся вслед за ударным скачком, и дополнительный быстрый спад давления 1 — 2 с приходом на контактную границу отраженной волны разрежения от свободной поверхности образца. [c.166] Способ определения давления в хвостовой части отраженной волны разрежения в образце, что соответствует точке 2 на осциллограмме, поясняется диаграммами время —координата х и давление р—массовая скорость и на рис.5.10. Точки 1, 2 на этом рисунке соответствуют обозначенным на осциллограммах. Линией 012 на t, д -диаграмме обозначена траектория контактной границы, ОЛ — траектория фронта ударной волны. Предполагается, что в координатах р, и Римановы траектории изменения состояния вдоль характеристик С , С параллельны ударной адиабате или зеркальны ей. [c.166] Для проверки точности построений были проведены контрольные измерения с образцами, составленными из двух пластин с таким расчетом, чтобы в ближайшей к датчику пластине образца не создавались большие растягивающие напряжения, близкие к величине откольной прочности. В данном случае растягивающие напряжения вблизи контактной поверхности легко определяются по экспериментальным осциллограммам. [c.167] Результаты определения растягивающих напряжений за плоскостью откола в меди и нержавеющей стали и оценки этой величины в предположении отсутствия разрушений суммированы в табл.5.1. Там же указаны значения откольной прочности и толщины откольной пластины, полученные в аналогичных условиях нагружения из экспериментов с регистрацией профилей скорости свободной поверхности. [c.167] Измерения растягивающих напряжений за плоскостью откола дают, наряду с регистрацией профилей скорости поверхности, тестовую информацию для проверки правильности описания релаксации напряжений при разрушении. Данный метод может быть также полезен для регистрации мартенситных фазовых превращений при растяжении, если такие превращения связаны с изменением плотности и проявляются в структуре волны растяжения. [c.168] Прямые измерения скорости разрушения и связанной с ним релаксации напряжений невозможны, однако можно попытаться извлечь такую информацию из результатов измерений профилей скорости движения поверхности испытуемого образца. В принципе, процессы, протекающие внутри тела, должны так или иначе проявляться в закономерности движения его поверхности. Очевидно, например, что в случае мгновенного разрушения откольный импульс должен иметь максимально крутой фронт и наибольшую амплитуду. Интуитивно ясно, что увеличение времени разрушения должно приводить к уменьшению крутизны откольного импульса. [c.169] Кинетические закономерности разрушения могут бьггь выявлены путем математического моделирования ударно-волновых процессов в разрушаемой среде. При согласии результатов моделирования с широким набором измеренных профилей скорости свободной поверхности можно с известной точностью утверждать, что использовавшееся в расчетах описание кинетики разрушения правильно отражает количественную сторону процесса. Такой подход применяется достаточно широко, однако, в силу неполноты теории, всегда имеются определенные затруднения в выборе кинетических уравнений и значений параметров, характеризующих конкретный материал. Для получения количественной информации о кинетических закономерностях разрушения непосредственно из анализа экспериментальных данных необходимо установить, как детали профиля скорости свободной поверхности связаны со скоростью разрушения и ее изменениями. [c.169] Проанализируем полученное решение. [c.173] 31) видно, что траектории изменения состояния вдоль характеристик в координатах р, и отклоняются от определяемых инвариантами Римана прямых в сторону увеличения давления. Релаксация напряжений при разрушении изменяет не только величину, но и знак наклона траекторий изменения состояния. Иными словами, при определенном соотношении скорости разрушения и заданной скорости расширения в импульсе нагрузки, траектория изменения состояния вдоль характеристики становится вертикальной, то есть на пути звукового возмущения скорость вещества остается неизменной, а давление растет. Это происходит когда = / 2k). Вопреки интуитивно ожидаемому, эта ситуация не является пороговой скорость разрушения в этом случае вдвое меньше величины, необходимой для формирования откольного импульса. [c.175] Траектории измсис-ния давления и массовой скорости вдоль и С —характеристик ири критической скорости разрушения. [c.175] На рис.5.11, 5.13 показаны также С -характеристика ЕСР и соответствующая ей траектория изменения состояния при = 1/(4А). [c.176] Таким образом, как и в случае постоянной скорости разрушения, минимум на профиле скорости свободной поверхности есть результат того, что скорость разрушения в плоскости откола достигла учетверенной скорости расширения в падающем импульсе. [c.178] Таким образом, хотя анализ проведен лишь для нескольких простейших кинетических зависимостей, полученные результаты непротиворечивы и позволяют сделать ряд полезных заключений. Можно )ггверждать, что измерения профилей скорости свободной поверхности W t) образцов дают значения откольной прочности, соответствующие вполне определенной скорости разрушения, которая по крайней мере в четыре раза выше скорости расширения вещества при разгрузке в падающем импульсе сжатия. Крутизна фронта откольного импульса определяется скоростью разрушения на последующих, после его инициирования, стадиях. Само по себе наличие откольного импульса на профиле W t) означает, что скорость разрушения возрастает по мере развития разрушения настолько быстро, что этот рост с избытком компенсирует уменьшение растягивающего напряжения. [c.183] Вернуться к основной статье