Пластические волны и ударные волны

Часть II касается распространения волн напряжения в несовершенно упругих телах. Вначале рассмотрено внутреннее трение и природа различных диссипативных процессов, им вызываемых. Затем дан обзор экспериментальных исследований по измерению динамических упругих характеристик. Наконец дан очерк теории пластических волн и ударных волн и описаны некоторые процессы разрушения, производимые большими импульсами напряжения. [c.9]

ПЛАСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ И УДАРНЫЕ ВОЛНЫ [c.150]

ГЛ. VII. ПЛАСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ И УДАРНЫЕ ВОЛНЫ [c.154]

В механизме изменения характеристик механических и триботехнических свойств металлов и сплавов наряду с рассмотренными характеристиками кристаллической и дислокационной структуры важное значение имеет характер распределения напряжений в поверхностном слое поликристаллических материалов. Установлено, что воздействие высокоэнергетическим пучком ионов различного сорта вызывает пластическую деформацию в тончайшем поверхностном слое до нескольких процентов. По мнению авторов [85], такая пластическая деформация может быть обусловлена статическими напряжениями и ударными волнами, образующимися в области каскадов при внедрении ионов. [c.174]

В монографии представлены результаты исследования механического поведения конструкционных материалов под действием импульсных нагрузок ударного и взрывного характера. Рассмотрена связь процессов нагружения и деформирования материала при одноосном напряженном состоянии. Описаны оригинальные методики и средства квазистатических испытаний на растяжение со скоростями до 950 м/с. Приведены результаты испытаний ряда металлических материалов и реологическая модель их механического поведения учитывающая влияние на сопротивление скорости деформации. Исследовано упруго-пластическое деформирование и разрушение материала в плоских волнах нагрузки. Описаны новые методики и изложены результаты экспериментальных исследований зависимости характеристик ударной сжимаемости н сопротивления пластическому сдвигу за фронтом плоской волны от ее интенсивности, связи силовых и временных характеристик откольной прочности. [c.2]

Высокоскоростные испытания, предназначенные для изучения поведения материалов при высоких скоростях деформации, имеющих место при ударном и взрывном приложении нагрузки, на фронте упруго-пластических и ударных волн. Длительность действия нагрузки не превышает нескольких миллисекунд, нижний предел — доли микросекунды (e = 102-f-10 i). Для испытания применяются специальные схемы нагружения с использованием энергии удара [116, 136, 151, 345, 379, 382], реже — взрыва [39, 328], энергии электромагнитного поля [40] и других импульсных источников энергии. Для регистрации необходимо использование электронной аппаратуры с частотой [c.62]

Возрастание скорости распространения возмущений с ростом интенсивности нагрузки, вызванное возрастанием жесткости материала при сжатии, приводит к тому, что элементы волны сжатия с более высоким уровнем напряжений догоняют ее элементы, соответствующие более низкой величине напряжений, формируя ударный фронт. В отличие от упруго-пластической волны, на ударном фронте параметры материала меняются скачком, образуя разрыв (в математическом смысле) значений массовой скорости, напряжений, деформаций и плотности при прохождении по материалу ударной волны. [c.162]

При сложном напряженном состоянии материала связь напряжений и деформаций в теории пластичности определяется связью эквивалентных напряжений и деформаций — их интенсивностей. Такой подход используется и при высокоскоростной деформации. Действие интенсивных упруго-пластических и ударных волн характеризуется включением дополнительного параметра — высокого уровня среднего напряжения, которое может оказать влияние на кривую связи интенсивностей напряжений и деформаций. В связи с этим экспериментальное определение влияния величины гидростатического давления на кривую деформирования является необходимым для построения уравнения состояния материала, описывающего его упруго-пласти-ческое деформирование при импульсных нагрузках типа удара и взрыва. [c.201]

Распространение упруго-пластической волны амплитудой значительно выше предела упругости по Гюгонио характеризуется тем, что фронт волны сжатия является ударным от поверхности соударения распространяется волна с крутым передним фронтом постоянной длительности, и при отражении ударной волны от свободной поверхности генерируется центрированная волна разгрузки (см. рис. 118, б). В этом случае область взаимодействия волн разгрузки не является симметричной и скорость изменения напряжений в каждой из волн разгрузки (если принимать, как и ранее, линейное изменение напряжений во времени в волнах разгрузки) зависит от расположения плоскости откола относительно свободных границ. [c.236]

Сложный вид ударной адиабаты нагрузки приводит к сложной волновой картине. При Oi Оне в веществе распространяется упругая ударная волна. При Oi > Ол в веществе распространяется пластическая ударная волна. Если <Тне < i < Пл, то ударная волна расщепляется на упругую ударную волну с напряжением на фронте Oi = 0НЕ и на пластическую ударную волну, на фронте которой напряжение скачком меняется от Oi Ohe до Оне<П1<Ол. Точка 4 определяется как точка пересечения ударной адиабаты с лучом ОНЕ. [c.177]

Определим типы волн в следующей последовательности волну пластической нагрузки, пластическую волну, упругую волну, волну разгрузки и ударную волну. [c.44]

При постоянном модуле упругости импульс напряжений может распространяться на значительное расстояние без изменения формы, изменение модуля упругости приводит к искажению импульса напряжений конечной амплитуды. Для большинства деформируемых тел уменьшается за пределом упругости и в материале при достаточно больших деформациях возникают пластические волны, распространяющиеся со скоростью, меньшей скорости распространения упругой волны. Однако существуют такие деформируемые тела (резины, полимерные материалы), в которых большие деформации приводят к ориентации длинных молекулярных цепочек, что вызывает возрастание модуля упругости . Поэтому при распространении возмущений в таких материалах зарождаются волны особой природы, называемые ударными волнами. В деформируемых телах ударные волны возникают и в том случае, когда распространяются волны расширения большой амплитуды. Как показано Бриджменом, зависимость между средней деформацией е и средним напряжением а в твердых телах может иметь вид е = (—аа + Ьо )/3, где а, Ь — постоянные величины. Модуль объемного сжатия К при малых давлениях стремится к постоянной 1/а, при высоких давлениях принимает значение 1/(а — 2Ьа) (т. е. при высоких давлениях К растет). Упругие волны расширения распространяются со скоростью а , но модуль К при высоких давлениях возрастает, это приводит к тому, что скорость волны большой амплитуды больше скорости волны малой амплитуды. В результате образуется ступенчатый фронт, характерный для ударной волны. Модуль сдвига G в этом случае играет незначительную роль, так как задолго до достижения достаточно высокого давления предел текучести будет пройден и материал ведет себя подобно жидкости. [c.38]

Таким образом, на основании изложенного решение задачи о динамическом расширении сферической полости при взрыве строится при следующих предположениях 1) движение имеет сферическую симметрию и проходит в радиальном направлении 2) движение продуктов взрыва после излучения в среду ударной волны, которая уменьшает первоначальную энергию заряда, является равномерным и адиабатическим 3) среда в пластическом состоянии несжимаема, ее движение подчинено соответствующим определяющим уравнениям и условию [c.88]

Пусть в преграду толщины к по нормали к свободной поверхности ударяется тело длины I и среднего диаметра к = 2г со скоростью Ос- В результате удара образуется отверстие. Экспериментально установлено, что при ударе тела длины /> 2/ о в преграду толщины /г > 2го отверстие имеет цилиндрическую форму [12], [27], поэтому можно пренебречь краевым эффектом и считать, что диаметр отверстия определяется только радиальным расширением. В этом случае расчет радиуса отверстия сводится к решению следующей задачи. В момент времени i = О в срединной поверхности преграды образуется отверстие й = 2го, в котором действует давление р , равное давлению за фронтом ударной волны в момент начала соударения и распространяющееся по срединной поверхности с образованием ударной волны. Требуется найти закон расширения отверстия и его диаметр по окончании процесса соударения, предполагая материал преграды за ударной волной жидким или идеально-пластическим. Плотность среды за ударной волной считается постоянной и определяется из условий, имеющих место на ударной волне в момент взаимодействия. Предполагается, что за время движения среда перед ударной волной находится в покое. Задача обладает цилиндрической симметрией и рассматривается в полярных координатах. Уравнения движения и неразрывности принимают вид [c.193]

В обсуждающихся экспериментах А, В. Ананьина п др. (1973) момент удара непосредственно не фиксировался, и осциллограммы опытов были расставлены авторами но осп времени в предположении, что скорость первой пластической ударной волны равна ) = 5,05 мм/мкс, которая соответствует давлению па [c.295]

Наличие излома на ударной адиабате приводит к тому, что ударная волна становится неустойчивой. Излом может возникнуть как за счет перехода от упругих деформаций к пластическим, так и за счет фазового перехода. [c.36]

При взрыве сосредоточенного заряда в грунте вдали от свободной поверхности действие взрыва также определяется расширением ПД до предельных объемов. Ударная волна в грунте по своим свойствам близка к ударной волне в воде. Действие взрыва в неограниченной металлической среде проявляется в объемах, определяемых величиной давления продуктов детонации, еще производящих заметные пластические деформации в металле. На рис. 5.17 показаны профили давления в воде и песке при взрыве сферического заряда тротила весом 100 кг на различных расстояниях от центра взрыва [36]. В этом диапазоне давлений в грунте распространяются волны сжатия. [c.127]

Методы третьей группы отличаются уровнем предельно высоких значений используемых плотностей мощности (Wp = io -10 2 Вт/см"), а также технологией обработки материалов. В этом методе на поверхность материала наносятся слои легкоплавких металлов, которые гюд воздействием лазерного пучка интенсивно испаряются, что приводит к генерации мощных ударных волн. Распространение ударных волн в глубь материала инициирует процессы нагрева приповерхностных слоев, их пластическое деформирование и сопутствующие им структурные превращения. [c.258]

Таким образом, раскрытие закономерностей любого вида изнашивания при ударе неизбежно связано с необходимостью учета сложных взаимосвязанных процессов, происходящих при ударе упругопластической деформации, высокоскоростного нагрева и охлаждения, фазовых и структурных превращений, упрочнения и разупрочнения, развития усталостных явлений и др. Ударные нагрузки нарастают и снижаются в очень короткий промежуток времени (тысячные доли секунды) и порождают волны напряжений, которые исходят из зоны контакта. При многократных соударениях деталей в процессе эксплуатации современных машин, различных аппаратов и приборов возможно возникновение в одной детали одновременно упругих и пластических волн растяжения и сжатия. По-видимому, сложность явлений, сопровождающих соударение поверхностей, и связанное с этим принятие различных упрощающих предположений, отклонение реальных механических свойств от их абстрактных механических моделей служат причиной несогласованности результатов теоретических и экспериментальных исследований удара. Структура и механические свойства одного и того же металла существенно различаются при динамическом и статическом нагружении [22]. [c.22]

Затухание интенсивности начальной ударной волны по мере ее распространения вследствие вовлечения в процесс деформирования новых объемов материала и необратимых потерь энергии на пластическую деформацию, упрочнение и повышение [c.10]

Когда кривая сГг(ег) всюду выпуклая к оси Ъг, как в идеальной жидкости без фазовых переходов, ударный фронт всегда устойчив и включает всю фазу сжатия в ударной волне. Наличие на кривой сжатия выпуклого к оси Ог участка (области перегиба) нарушает устойчивость ударной волны. Вследствие этого переход от упругого к упруго-пластическому деформированию материала, нарушающий условие устойчивости ударной волны, приводит к разделению фронта волны на упругий предвестник и следующую за ним ударную пластическую волну, распространяющиеся со скоростями соответственно ао н D. При низкой интенсивности ударной волны сопротивление сдвигу оказывает существенное влияние на ее распространение и, следовательно, при выполнении расчетов необходим учет вязкопластического поведения материала при деформации в ударной волне. Пренебрежение эффектами, связанными со сдвиговой прочностью, может привести к значительности погрешности в расчетах [161, 245]. [c.163]

Профиль волны разрежения, распространяющейся по ударно сжатому металлу, также отличается от ожидаемого по идеализированной модели упругопластического тела. Вместо скачкообразного изменения напряжения 01 фронта на величину ДОупр и четкого раз-дёления упругой и пластической волн распшрения экспериментально регистрируемый профиль упругопластической волны распшре-ния представляет собой сравнительно плавную кривую изменения напряжений, имеющую в ряде случаев свои особенности. В [7] манганиновым датчиком достаточно четко зафиксировано наличие упругой стадии расширения для ударно сжатых меди, дюралюминия и технического алюминия АД1. Но говорить об упругой волне конечной амплитуды можно только для дюралюминия. Как видно на рис. 6.5, на осциллограмме имеется выпуклый участок, соответствующий области перехода от упругой стадии разгрузки к пла-.стической. [c.197]

Упругопластичесйое поведение ударно сжатых металлов в процессе расширения приводит к примечательному явлению —так называемому эффекту негидродинамического затухания ударной волны. Значения упругой и объемной скоростей звука увеличиваются с ростом напряжения 01 на фронте ударной волны, и в области напряжений 01 < Оыл всегда Сь > Св. Следовательно, поскольку и > Св и > О, упругая волна разгрузки догоняет фронт ударной волны и ослабляет его ранее пластической разгрузки. Таким образом, наличие упругой волны разгрузки вызывает быстрое затухание ударной волны при ее распространении по материалу по [c.197]

Если ударная волна сжатия имеет достаточно большую интенсивность, то разрушение (дробление) частицы происходит непосредственно на переднем фронте волны возмущения. В это м случае поверхность разрушения совпадает t фронтом ударной волны. Такую веяну будем называть волной дробления. Заметим, что для металлов и прочных горных пород ударные волны Вплоть до давлений порядка 10 кГ1см можно считать звуковыми. Если же интенсивность ударной волны недостаточно велика, ТО скорость распространения поверхности разрушения меньше скорости переднего фронта возмущения (ударной волны) и определяется дополнительным условием е). В этом случае вначале частица в 0-состоянии подвергается некоторому возмущению, находящемуся в упругой (или упруго-пластической) области затем начинается постепенное разрушение (т. е. развитие трещин), которое, наконец, достигает такого уровня,. что, если бы дальнейшее развитие трещин внезапно остановилось, то эту частицу все равно можно было бы отделить от тела ). Этот момент разделения рассматриваемого объема тела на несвязанные между собой части соответствует переходу из 0-СОСТОЯНИЯ в / -состояние. В дальнейшем продолжается дробление частицы, которое достигает тем большей степени, чем ближе она расположена к месту взрыва. Таким образом, поверхности разрушения в рассматриваемой модели придается геометрический смысл (как некоторой границы возможной полости в теле). Граница фактической полости реализуется как [c.454]

В монографии обобщены литературные данные и собственные экспериментальные и теоретические результаты авторов в области упруго-пластических, прочностных и кинетических свойств материалов различных классов при ударно-волновом нагружении, приведены необходимые сведения из механики сплошных сред, обсуждается современная техника экспериментов. Суммированы результаты экспериментальных исследований и расчетные модели вязко-упруго-нластической деформации и разрушения материалов различных luia oB, включая металлы и сплавы, хрупкие керамики и горные породы, монокристаллы и стекла, полимеры и эластомеры, в ударных волнах. Представлено несколько наиболее важных примеров полиморфных превращений веществ в ударных волнах. Анализируется механический эф кт взаимодействия импульсов лазерного и корпускулярного излучения с веществом. Представлен обзор уравнений состояния и кинетики разложения взрывчатых веществ в ударных и детонационных волнах. Подбор и изложение материала ориентированы на расчетное прогнозирование действия взрыва, высокоскоростного удара, импульсных лазерных и корпускулярных пучков. В мо1юграфию включены сведения справочного характера. [c.1]

Ударно-волновые воздействия сопряжены с высокими давлениями и температурами в веществе. С ростом температуры и давления изменяются модули упругости и сопротивление пластическому деформированию. Зависимость модулей упругости от давления ударного сжатия обсуждалась в предьщущей главе. Как показали численные эксперименты [5], влияние температуры и давления на сопротивление пластическому деформированию в ударных волнах может бьггь вполне удовлетворительно описано в предположении [c.136]

Проведенное в работе [24] сопоставление обработки монокристаллов меди относительно плавной квазиизэнтропической волной сжатия и ударной волной показывает, что в последнем случае упрочнение материала значительно выше. Специфика ударной волны в этом случае заключается в том, что в ее фронте реализуются более высокие сдвиговые напряжения. Это указывает на необходимость учета зависимости скорости размножения или зарождения носителей пластической деформации—дислокаций от действующих напряжений сдвига. [c.140]

Взрывом штампуют обычно в бассейне, наполненном водой (рис. 3.47, а). Заготовку, зажатую между матрицей и прижимом, опускают в бассейн. Полость матрицы под заготовкой вакуумируется, чтобы воздух не препятствовал плотному ее прилеганию к матрице. Заряд с детонатором подвешивают в воде над заготовкой. Взрыв образует ударную волну высокого давления, которая, достигая заготовки, вызывает ее разгон. Процесс штамповки длится тысячные долп секунды, а скорости перемещения заготовки соизмеримы со скоростями распространения пластических деформаций в металле. [c.114]

Конечное время, необходимое для фазового перехода, и образующаяся многоволновая структура ударной волны также приводят к тому, что волна, на которой закапчивается переход Fe< )- -Fe начинает затухать раньше, чем это следует из простейших соображений, связанных с анализом только ударной адиабаты. В частности, сдвиговая прочность, определяемая девиа-тором т, приводит i более раннему началу ослабления ударной волны, чем это следует из чисто гидродинамической модели, так как упругая волна разгрузки имеет большую скорость, чем пластическая волна разгрузки. [c.280]

Рассмотрим подробнее характерный экспоримепт, которо.му соответствует линия 5 на рис. 3,6.2. В этом эксперименте ударник, толщина которого равнялась толщине мишени Ь = L = = 6,31 мм, разгонялся до скорости Va = 1,29 мм/мкс, в результате чего давление, инициируемое в а-фазе, равнялось 23,6 ГПа (см. ударную адиабату па рис. 3.4.4). Полученные эксперпмептальная и теоретическая осциллограммы изменения скорости свободной поверхности более подробно представлены на рис. 3.6.3. Для ипдентификацип отраженных волп осциллограмма помечена буквами (ср. со схемой на рис. 3.1.4) ОН соответствует отражению упругого предвестника, HAi — результат от-ра кения первой пластической волны AiL" — результат от- [c.297]

В предыдущих разделах предполагалось, что деформации, сопровождающие распространение волн, являются малыми, и материал можно считать линейно-упругим. Работы, посвященные нелийненому волновому анализу упругих композиционных материалов, немногочисленны можно отметить, например, работу Бен-Амоза [27], в которой рассматриваются волны оконечной амплитудой, распространяющиеся вдоль волокон композиционного материала. Столь же небольшое число работ посвящено в настоящее время пластическим волнам в композиционных материалах. Влодарчик [196] исследовал ударные волны в пластической слоистой среде с линейным законом разгрузки. Плоские волны в анизотропных упругопластических телах исследовал Джонсон [79] вне связи с композиционными материалами. [c.300]

Определяющие уравнения состояния при упруго-пластпческом. деформировании описывают функциональную связь процессов нагружения и деформирования с учетом влияния температуры для локального объема материала, т. е. связь составляющих тензоров напряжений ац, деформаций гц и температуры Т с учетом их изменения от начального to до заданного t момента времени F[Oij(t), sij(t), T(t)]=0. Конкретные формы такой связи, представленные в литературе, основаны на упрощающих допущениях, применение которых экспериментально обосновано для ограниченного диапазона режимов нагружения. Учитывая кратковременность процессов импульсного нагружения, в большинстве случаев процессами теплопередачи можно пренебречь и с достаточной для практических целей точностью принять процесс адиабатическим. Изменение температуры материала в процессе нагружения в этом случае определяется адиабатическим объемным сжатием (изменением объема в зависимости от давления), переходом механической энергии в тепловую в необратимом процессе пластического деформирования и повышением энтропии на фронте интенсивных ударных волн (специфический процесс перехода в тепло части механической энергии при прохождении по материалу волны с крутым передним фронтом, в результате которого кривая ударного сжатия не совпадает с адиабатой [9, И, 163]). [c.10]

Как показано в предыдущем параграфе, испытание на растяжение с высокой скоростью деформирования вследствие распространения упруго-пластической волны по длине рабочей части образца при ударном нагружении дало зависимость формы кривой нагружения от длины рабочей части. С уменьшением этой длины область максимального усилия смещается к началу нагружения последнее может быть связано не только с неустой чивостью равномерного деформирования, но и с изменением закона деформирования материала в области, прилегающей к динамометру (с уменьшением длины образца степень релакса. ции напряжений в упруго-пластической волне ниже, следовательно, уровень напряжений и скорость деформирования — выше). [c.115]

Эффекты вязкости проявляются при распространении плоской упруго-пластической волны в затухании амплитуды упругого предвестпика [77—79]. Наиболее интенсивное затухание амплитуды упругого предвестника Огу наблюдается вблизи поверхности ударного нагружения и связано с проявлением вязкости, характерной для высокоскоростного деформирования. [c.134]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...