Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Ударные волны

,   E   соответствуют   состоянию   мгновенного
термодинамического равновесия;  б)  деформации  сжатия  при  данном  ударном
давлении и  эквивалентном  гидростатическом  давлении  тождественны.  Первое
условие  выполняется   в   элементарном   объеме,   если   термодинамическое
равновесие устанавливается за время прохождения ударной волны  этого  объема
(приблизительно 10-7 с).
    Для  установления  уравнения  состояния  недостаточно   знать   адиабату
ударного нагружения pГ(V), так как при умеренных  температурах  и  давлениях
до 102 ГПа уравнение состояния характеризуется  нулевой  изотермой  px(V)  и
параметром  Грюнайзена  Г(V),  для  которых   предполагается   существование
взаимной связи    Г = Г(px) .
   Полная работа, сообщенная единице массы при импульсном нагружении,  равна
p(V -  V0).  Половина  этой  работы  согласно  законам  сохранения  массы  и
количества движения (1.1) - (1.2) превращается  в  кинетическую  энергию,  а
остальная часть идет на повышение внутренней удельной энергии:
E            =            0,5p(V0             -             V)             .
                     (2.8)
 Соотношение (2.8) является адиабатой ударного сжатия  среды,  в  котором  p
обозначается через pГ, чтобы отличить ударное сжатие от обычного.
Экспериментальные исследования показали, что при ударных давлениях  p  <  50
ГПа разогрев металла не оказывает существенного  влияния  на  его  свойства,
поэтому при решении многих задач вместо уравнения (2.2)  можно  использовать
более простое уравнение           ( = ((() или ( = ((p) .
   Ударноволновое нагружение - частный случай динамического нагружения.  Оно
реализуется при взрыве и ударе, характеризуется очень быстрым приложением  и
кратковременным   действием             10-3   -   10-6   с.   нагрузки,   а
интенсивность воздействия достаточна  для  того,  чтобы  произвести  большие
изменения в теле вплоть до разрушения. При этом образуются  изменяющиеся  во
времени  области   локальных   напряжений   и   деформаций,   способствующие
инициированию процесса разрушения в одной части  тела  независимо  от  того,
что происходит в другой части.
   Импульсное нагружение связано с распространением в теле волн  напряжений,
при этом тело  поглощает  значительную  часть  энергии  нагружения,  большая
часть которой  расходуется  на  неупругую  деформацию,  реализуемую  в  виде
пластического формоизменения или в  виде  разрушения.  Динамика  дальнейшего
развития  разрушения  определяется  типом  разрушения.  Хрупкое   разрушение
представляет собой разрыв среды без предшествующей  пластической  деформации
или с весьма малой долей этой деформации в области  излома,  фронт  хрупкого
разрушения (или хрупкая трещина)  распространяется  с  большой  скоростью  и
требует  мало  энергии.   Вязкое   разрушение   сопровождается   интенсивной
пластической деформацией, развитыми процессами скольжения  и  двойникования,
происходящих со скоростью зависящей от  условий  нагружения  и  требует  для
своего развития значительных затрат энергии.
   Вид макроскопических пластических  деформаций  тела  при  его  импульсном
нагружении определяется механическими свойствами среды, которые  зависят  от
температуры, скорости нагружения, истории деформации и  др.  При  деформации
среды  макроскопические  дефекты   растут   и   возникают   новые   дефекты,
способствующие  нарушению  сплошности  среды  и  полному  разрушению   тела.
Состояние материала  в  этом  случае  можно  охарактеризовать  коэффициентом
деструкции Д, причем Д  =  0  в  начальном  состоянии  и  Д  =  1  в  момент
разрушения, т.е. 0 <= Д <= 1. Это означает, что единый процесс деформации  и
разрушения  при  импульсном  нагружении  протекает  в  две  стадии:   первая
характеризуется  дроблением  кристаллических  блоков,   вторая   связана   с
развитием потери сплошности среды и уменьшением ее  плотности.  Образующиеся
повреждения подразделяются на рассеянные дефекты, колонии малых  дефектов  и
магистральные трещины, появляющиеся в финале процесса разрушения.



2.2. Модели  ударного сжатия для сплошных сред.
   Существует две основные модели, описывающие поведение сплошной среды  при
ударноволновом нагружении:
а. Гидродинамическая модель.
  Для  общего  рассмотрения  воздействия  ударной  волны  на  образец  можно
проигнорировать  влияние  прочности  материалов  на  эффекты,  связанные   с
прохождением ударной волны в  образце.  Были  проведены  обширные  измерения
ударной адиабаты в различных металлах, результаты которых были  опубликованы
в отчетах  научных лабораторий Лос-Аламоса и др. Эти измерения начинаются  с
давлений порядка 100kbar, что на порядок выше, чем предел текучести  металла
и аналитически удовлетворяют данным, которые используются  при  интерполяции
от p0 до более высоких значений давления. Однако  следует  отметить,  что  в
данной модели адиабата Гюгонио при давлениях близких  к  нулю  физически  не
определена.
  Также следует ожидать, что при очень высоких значениях  давления  во  всех
металлах может идти образование структур с более плотной  упаковкой  атомов.
Например, для железа при давлениях порядка  130kbar  идет  превращение   ОЦК
решетки в более плотную ГПУ структуру.

б. Упруго-пластическая модель.
   При  низких  значениях  давления  уже   нельзя   игнорировать   прочность
материалов. Для ударных напряжений ниже предела  текучести,  материал  ведет
себя упруго. Величина  напряжение,  действующего  по  оси,  перпендикулярной
плоскости  удара,  при  котором   еще   сохраняется   упругость   материала,
называется  упругим  пределом  Гюгонио  (HEL);  эту  величину  иногда  можно
предсказать из  статических  измерений  прочности.  Если  величина  ударного
нагружения превышает HEL, то материал деформируется.
 Результаты экспериментов показывают, что для некоторых металлов  характерно
именно это упруго-пластическое поведение. Основным недостатком  этой  модели
является неопределенность поведения статического упругого предела  текучести
при достаточно высоких значениях давления.



2.3. Фазовые превращения в твердых телах при ударно-волновом нагружении.
    При определенных  взаимно  связанных  значениях  давлений  и  температур
твердые тела могут переходить из одной  кристаллографической  модификации  в
другую. Подобные явления,  сопровождающиеся  изменением  объема,  выделением
(поглощением) скрытой теплоты, представляют собой фазовые  переходы  первого
рода.
    Фазовые  превращения,  вызываемые  воздействием  ударных   волн,   имеют
особенности, причем возможны следующие явления: переход  материала  в  более
плотную фазу,  вызывающий  излом  на  адиабате  Гюгонио;  увеличение  объема
материала  под  действием  теплоты,  выделяемой  при  ударном  сжатии,   без
аномалий на кривых Гюгонио, например  плавление  на  фронте  ударной  волны;
отсутствие заметного изменения объема  и  соответственно  структуры  ударных
волн, например, при фазовых переходах в сталях  аустенитного  класса.  Кроме
того, под  действием  ударных  волн  процессы  образования  новых  фаз,  как
бездиффузионные,  так  и   сопровождающиеся   массопереносом,   чаще   всего
завершаются за  доли  микросекунд,  что  свидетельствует  о  весьма  высокой
скорости  протекания  фазовых  превращений.   Однако   объяснить   ускорение
диффузионных процессов только высоким давлением сжатия не удается,  так  как
при сжатии происходит уменьшение концентрации  вакансий,  а,  следовательно,
снижение  скорости  диффузии.   Здесь   необходимо   учитывать   интенсивный
пластический  сдвиг,  приводящий  в   действие   дислокационные   механизмы,
которые,  в  свою  очередь,   резко   увеличивают   концентрацию   вакансий,
ускоряющих диффузию.
  Полиморфизм при ударноволновых нагрузках экспериментально обнаружен у
ряда металлов, окислов, полупроводников, многих минералов и горных пород.
Например, аномальный характер адиабаты Гюгонио для железа наблюдается при
давлениях около 13ГПа. Результаты статических измерений приводят к
значениям давления (11,8...13) ГПа, соответствующих фазовому переходу в
железе. При высоких давлениях возможно образование плотноупакованной
гексагональной (-фазы железа из (-фазы с объемноцентрированной  кубической
решеткой, либо из (-фазы с гранецентрированной кубической решеткой. Тройной
точке     А (рис. 2) соответствуют значения давления р~13ГПа и температуры
T~527 К, т.е. до температуры 527 К возможен ((( переход, а выше 527 К -
((((( переход.

                        Рис. 2. Диаграмма фазового равновесия железа.

    После  нагружения  железа  ударными  волнами  новых  фаз  в  исследуемых
образцах не обнаружено, следовательно фазовый переход является обратимым.  В
то же время в структуре деформированного монокристаллического  железа  после
воздействия ударной волны с максимальным  давлением  на  фронте  р  <  13ГПа
обнаружены двойники деформации, а при 13ГПа < p < 23ГПа наряду с  двойниками
образуется   ленточный   рельеф,   напоминающий   мартенситную    структуру.
Дальнейшее увеличение фронтального  давления  не  приводит  к  значительному
изменению  микроструктуры.  Следовательно,   обратимое   превращение   (((((
приводит  к  образованию  сильно  измельченной  и  двойникованной  структуры
высокой  твердости  внутри  оставшихся  неизменными   по   размерам   зерен.
Превращение  (((((  сопровождается   полной   перекристаллизацией   металла,
близкой к явлению рекристаллизации, которая должна  приводить  к  некоторому
понижению  твердости.  Тем  не  менее,  даже  при  грубозернистой  структуре
прочность и твердость железа становятся все же существенно выше исходной.
   Анализ фазовых переходов основан либо  на  равновесном  термодинамическом
анализе при установившихся режимах распространения  ударных  волн,  либо  на
кинетических моделях превращения во фронте  волн  сжатия  и  разгрузки.   На
границе  области  существования  равновесной  фазовой  смеси  с   однофазной
средой,    хар
12345След.
скачать работу

Ударные волны

 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ