Численное моделирование взрывного и ударно-волнового воздействия на реагирующие пористые смеси на основе многокомпонентной модели среды

• Автор: Иванова, Оксана Владимировна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Современное состояние исследований поведения веществ в условиях взрывного и ударно-волнового нагружения
1.1. Взрывное формование
1.2. Сварка и плакирование взрывом
1.3. Резание взрывом
1.4. Взрывное упрочнение
1.5. Взрывное прессование
1.6. Синтез под действием ударных волн
1.7. Детонационно-подобные режимы в твердофазно реагирующих смесях
1.8. Экзотермические твердофазные реакции в смесях металлов
с серой
2. Система основных уравнений и соотношения метода конечных элементов для исследования сжимаемых упругопластических многокомпонентных сред и происходящих в них физико-химических превращений
2.1. Система уравнений, описывающая нестационарное адиабатическое движение сжимаемой многокомпонентной смеси
2.2. Межфазный обмен компонентов импульсом, энергией и при наличии химической реакции - массой
2.3. Моделирование разрушения многокомпонентной смеси в процессе динамического нагружения
2.4. Условие совместного деформирования компонентов смеси
2.5. Определяющие соотношения и учет влияния температуры на прочностные характеристики компонентов смеси в условиях динамического нагружения
2.6. Система конечно-разностных соотношений метода конечных элементов для численного решения пространственных задач
динамического нагружения реагирующих пористых многокомпонентных смесей
2.7. Тестирование численной методики. Задача Тейлора
3. Численное моделирование ударно-волнового воздействия на инертные
смеси на основе многокомпонентной модели среды
3.1. Ударно-волновое компактирование пористой смеси алюминий-сера
3.2. Влияние скорости ударника на процесс ударно-волнового компактирования пористой инертной смеси алюминий-сера
3.3. Влияние толщины боковой стенки ампулы на процесс ударноволнового компактирования
4. Численное моделирование ударно-волнового синтеза на основе многокомпонентной модели среды
4.1. Ударно-волновой синтез сульфида алюминия
4.2. Влияние скорости ударника на процесс ударно-волнового синтеза сульфида алюминия
5. Численное моделирование процессов взрывного компактирования и синтеза в пористой смеси на основе многокомпонентной
модели среды
5.1. Экспериментально-теоретическое определение параметров взрывного нагружения
5.2. Взрывное компактирование пористой смеси
алюминий-сера-графит
5.3. Взрывное нагружение реагентной пористой смеси алюминий-сера
Заключение
Список использованных источников
Приложение
Введение
За последние годы существенно возрос интерес к изучению быстропротекающих процессов в реагирующих пористых средах и происходящих в них физико-химических превращениях. Это обусловлено необходимостью снижения затрат при производстве космической и авиационной техники, в энергетике, химии, горнодобывающей промышленности, современном машиностроении, вызванное возможностью использовать заряд взрывчатого вещества (ВВ), представляющий собой небольшой, легкий и дешевый источник энергии высокой плотности и большой мощности, который способен выполнить полезную работу, и к тому же, при умелом обращении, безопасен. Важные достижения по разработке новых методов обработки материалов с использованием мощных источников энергии принадлежат на сегодняшний день авиационной промышленности и ракетостроению, что связано с конкуренцией и быстрым прогрессом в этих отраслях промышленности [1]. В связи с этим, актуальную роль приобретают методы математического моделирования таких быстропротекающих процессов, что, в свою очередь, требует разработки адекватных алгоритмов для их теоретического описания. В совокупности с доступными экспериментальными данными, такой подход обеспечивает возможность получения наиболее полной информации о поведении реагирующих сред, включая физико-химические превращения и пути формирования новых состояний веществ на основе разработки разнообразных численных моделей.
Перспективы связаны с получением метастабильных соединений в неравновесных условиях, для управляемого создания которых взрывное и ударно - волновое нагружение предоставляет большие возможности. Высокие давления и скорости вещества создают экстремальные условия для получения материалов с уникальными свойствами. Но реакция вещества на такого рода экстремальное воздействие может быть самой разнообразной, в зависимости от природы самого вещества. При этом в виду малой длительности процесса (~10'6

когда образец подвергается воздействию остаточных температур и, возможно, остаточных давлений. Последняя стадия самая продолжительная.
Как уже широко известно, при синтезе под очень высоким давлением продукты реакции имеют дефектную структуру. Подробный обзор данных по фазовым переходам в твердых телах содержится в работе [83]. Такие же данные желательно иметь по фазовым переходам пористых смесей,- поскольку деформация частиц пористых образцов стимулирует процесс перехода. Исследование взаимодействия пористых систем сера/металл дает дополнительную информацию для понимания процесса инициирования и механизма протекания экзотермических реакций в гетерогенных композициях при динамических нагрузках. Ранее считалось, что высокие температуры уже сами по себе являются достаточным условием протекания экзотермических реакций. На самом деле, после инициирования химических превращений в проходящей ударной волне, дальнейший ход развития процессов зависит от того, является ли и в какой мере ударно-волновое сжатие необходимым энергетическим и динамическим толчком для протекания реакций, или же еще для протекания реакций необходимо поддержание тех термодинамических условий (Р, Т), которые создаются при ударном сжатии. Для ряда систем (Mg/S, AI/KCIO4) [84] приход волны разрежения определенной интенсивности в ударно-сжатую реакционноспособную систему не означает полный срыв реакции.
В случае ударного сжатия смесей, реагирующих с выделением тепла, представляет интерес взаимодействие серы с алюминием, приводящее к образованию сульфида алюминия, (AI2S3) который в нормальных условиях имеет меньшую плотность, чем механические смеси исходных компонент. Р1а основе пирометрических измерений было проведено исследование влияния на химическое взаимодействие алюминия с серой процентного содержания и дисперсности компонентов смеси при нескольких’интенсивностях входящих ударных волн, но при этом не учитывалась пористость образцов [85]. Также было численно исследовано развитие химических реакций в смеси алюминия и