ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Физическая картина распространения возмущений, способы их возбуждения из "Прочность пространственных элементов конструкций " Нагружение, при котором действующие на тело внешние факторы характеризуются внезапностью приложения и кратковременностью действия, измеряемого микросекундами, причем интенсивность их достаточно велика, для того чтобы произвести разрушение и большие необратимые изменения в теле, на которое они действуют, называется импульсивным. Импульсивное нагружение имеет место при взрыве и ударе. Возмущения распространяются с конечной скоростью, образуя области возмущений, в которых тело находится в напряженно-деформированном состоянии. [c.6] Таким образом, динамичность нагружения можно характеризовать скоростью нагружения и. [c.7] В теле при динамическом и импульсивном нагружениях возникают возмущения различной природы (нагрузки, разгрузки, отражения и т. д.), распространяющиеся с определенными конечными скоростями, величина которых зависит от состояния тела и характера деформаций, в виде волн возмущений (волн нагрузки, волн разгрузки, отраженных волн), называемых волнами напряжений. [c.7] Возмущения, распространяясь в теле, образуют области возмущений, которые расширяются с течением времени и ограничены частью поверхности тела и поверхностью фронта волны напряжений. Каждой области возмущений соответствует свое напряженно-деформированное состояние, характеризуемое тензором напряжений (о) и тензором деформаций (е) и определяемое природой возмущения. В зависимости от вида и природы волн напряжений области возмущений разделяются на первичные и вторичные. Первичной является область возмущений волны нагрузки, так как в случае ее отсутствия не существуют волны разгрузки и отраженные волны.Области возмущений волны разгрузки и отраженных волн вторичные, они всегда находятся внутри области возмущений волны нагрузки и являются областями с начальными напряжениями и деформациями. [c.7] Область возмущений волны нагрузки зарождается в окрестности непосредственного действия того или иного фактора и с течением времени расширяется с конечной скоростью, равной скорости распространения волны нагрузки ад. Эта область ограничена частью поверхности тела, включая загруженную поверхность, и поверхностью фронта волны нагрузки (рис. 1). Движение частиц тела характери. зуется вектором скорости У агр и плотностью Рнагр . напряженно. [c.7] При выходе волны нагрузки или волны разгрузки на поверхность тела или при столкновении двух волн напряжений друг с другом имеет место явление отражения, при этом зарождается отраженная волна нагрузки или разгрузки, распространяющаяся с конечной скоростью йо или Ъ в обратном направлении, образуя область возмущений отраженной волны. Эта область расположена внутри области возмущений соответствующей прямой волны и является вторичной. Она ограничена той частью поверхности тела, где имеется отражение, и фронтом отраженной волны (рис. 3, а) или фронтом отраженной волны и поверхностями фронтов прямых волн (рис. 3, б). Движение частиц тела в области возмущений отраженной волны описывается вектором скорости Уотр и плотностью Ротр напряженно-де-формироВанное состояние — тензором напряжений (а)отр и тензором деформаций (е)отр. Состояние тела в области возмущений может быть упругим, вязкоупругим, упругопластическим и другим и зависит от природы возмущения и физико-механических свойств материала. [c.8] На фронте волны напряжений при переходе из одной области возмущений в другую перемещения частиц тела изменяются непрерывно (в противном случае происходит нарушение сплошности материала), напряжения терпят разрыв, величина которого определяется значениями интенсивностей возмущений в соприкасающихся областях. [c.9] Возмущения могут быть вызваны различно. В одних случаях возбуждение возмущений естественное, связанное с явлениями, которые происходят в недрах Земли, атмосфере. Вселенной в других случаях возмущения создаются искусственно с помощью взрыва или удара. Изучение естественного возбуждения возмущений позволит наиболее полно познать природу таких явлений, как землетрясения, ураганы и др., предугадывать их возникновение и своевременно принимать меры к частичной или полной ликвидации их вредного действия. [c.10] Рассмотрим искусственное возбуждение возмущений. Искусственное возбуждение позволяет получать возмущения любой интенсивности. Существующие способы искусственного возбуждения возмущений подразделяются на три типа ударные, взрывные, смешанные. [c.10] Ударные способы возбуждения возмущений. Возмущения возбуждаются в результате удара по телу каким-либо другим телом, при этом силы, вызванные соударением тел, называют ударными. Целесообразно различать ударник и приемник удара. Тело, которое ударяет, назовем ударником-, тело, по которому ударяют, — приемником. Приемником удара могут быть полубесконечные тела, плиты, стержни и т. д. в качестве ударника используются шары, стержни, пули, снаряды. [c.10] Изменяя скорость ударника, его материал и геометрические размеры, можно получить импульсы, которым соответствуют кривые а — t, изменяющиеся в широких пределах, а также распределение давления на поверхности контакта как функцию времени и закон, по которому нагрузка распределяется в ударнике и приемнике удара (причем следует принимать во внимание упругие, вязкие и пластические эффекты как в ударнике, так и в приемнике удара). В связи с этим ударяющие тела удобно разделить на два вида 1) тела, которые при ударе теряют свои размеры и форму 2) тела, которые при ударе сохраняют свои размеры и форму. [c.10] Изложенное применимо только к вполне упругому удару по бесконечной в поперечном направлении плите конечной толщины, следовательно, справедливо только в начальной стадии любого удара. [c.12] Во многих экспериментах ударником являются сферические, цилиндрические и другой формы тела вращения, для которых продолжительность удара велика по сравнению с временем прохождения волной напряжений наибольшего размера ударника. В этом случае для построения кривой а—1 используется решение Герца [23], [28], которое требует численного интегрирования. Достаточно знать продолжительность удара t , максимальный радиус контакта и максимальную осевую силу Р , развивающуюся во время соударения. Эти величины определяются экспериментально, значения их приведены в табл. 1 [8]. [c.12] на поверхности приемника имеют место ударные нагрузки, которые являются возбудителями возмущений, распространяющихся в теле. Однако, как будет показано в дальнейшем, вид нагрузок и их интенсивность во многом зависят от поведения приемника. [c.13] Для сообщения ударнику требуемой скорости используются ударные машины копры различной конструкции и пневмо-газовые пущки. Копры бывают трех типов с падающим грузом, маятниковые и ротационные. Работа копра первого типа основана на использовании энергии удара падающего с определенной высоты груза. Такой копер может иметь любую мощность, однако конструкция его громоздка и неудобна в эксплуатации, поэтому практически скорость удара от 3 до 10 м/с. В маятниковых копрах по телу ударяет маятник массы т, имеющий заданную скорость движения. Такие копры, в основном, используются при испытаниях образцов на ударное разрушение. Измеряемой величиной является энергия, поглощаемая образцом при разрушении, которая равна разности между энергией удара, определяемой по начальному положению маятника, и основной энергией маятника, определяемой по наивысшему положению маятника, которое достигается им после разрушения образца. Скорость удара обычно не превышает 10 м/с, хотя можно достигнуть и больших значений. Копры, в которых удар по телу осуществляется за счет вращения маховика, называются ротационными. Он имеет неподвижную наковальню, образец крепится на маховике. Энергия удара определяется по изменению скорости вращения маховика до и после удара. Скорость удара не превышает 60 м/с. [c.13] Для получения большой скорости удара разработаны специальные ударные машины — пневмогазовые пушки [14,4] различной конструкции. В таких машинах ударник выстреливается с большой скоростью и ударяет по образцу в заданном сечении, сжимая или растягивая его в зависимости от места приложения ударной нагрузки. Наибольшая скорость ударника, получаемая на таких машинах, не превышает 300 м/с. [c.13] При высокоскоростном соударении ударник приобретает скорость в результате выстрела из артиллерийского орудия или с помощью специальной установки. В этом случае ударником является снаряд, приемником удара — испытуемая плита. Скорость удара может достигать (3—5) 10 м/с. [c.13] Ё Продуктах взрыва ( 2D/3 [47, 38]). Расширение начинается на двух граничных поверхностях заряда, следовательно, при установившемся процессе детонации всегда имеется область EF, в которой не ощущается влияние волны разгрузки. Для цилиндрического заряда область EF является конической. При ограниченной длине заряда давление внутри конуса дает выброс вследствие резко выраженного краевого эффекта. Процесс расширения продуктов взрыва регулируется изменением формы заряда. [c.15] Реальное тело не обладает абсолютной жесткостью. Поверхность тела, на которую действует давление продуктов взрыва, деформируется, что оказывает влияние на интенсивность импульсивных нагрузок. Реакция тела на действие нагрузок сводится к следующему 1) вблизи поверхности материал тела под действием высокого давления продуктов взрыва вначале сильно сжимается 2) при внезапном уменьшении давления поверхность тела возвращается в ненапряженное состояние, хотя материал может получить значительную пластическую деформацию 3) в теле возникают возмущений, вызванные действующим давлением продуктов взрыва, длительность действия которых мала, так что длина импульса в материале невелика, однако возмущения имеют вид волны с крутым фронтом. Распространение этих волн проходит с высокими скоростями, т. е. в этом случае, очевидно, зарождаются ударные волны. При большой интенсивности возмущений тело может разрушаться либо в отдельных локальных областях, либо по всему объему. [c.17] Таким образом, взрывные способы позволяют не только вызывать возмущения в теле, но и управлять этими возмущениями, изменяя вид В. В., форму заряда, место его приложения, способ инициирования и т. д. [c.17] Вернуться к основной статье