Моделирование электровзрывного разрушения твердых тел

• Автор: Кузнецова, Наталья Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 170 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОВЗРЫВА В ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛАХ

1.1 Феноменологическое описание инициирования и развития разрядных каналов в твердых непроводящих материалах

1.2 Формирование откольной каверны в твердом теле при электровзрыве

1.2.1 Динамика расширения разрядного канала в твердых телах

1.2.2 Волновая динамика и напряженно-деформированное состояние твердых тел при электровзрыве

1.2.3 Особенности трещинообразования и разрушения твердых тел при электровзрыве

1.2.4 Объем откольной каверны в системе наложенных на поверхность твердого тела электродов, эффективность разрушения
1.2.5 Математическое описание импульсного нагружения твердых тел и критерии их разрушения
1.2.6 Постановка задачи исследования
Глава 2. САМОСОГЛАСОВАННАЯ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОВЗРЫВА В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
2.1 Основные положения и уравнения модели
2.1.1 Одномерная модель электровзрыва
2.1.1.1 Работа разрядного контура емкостного импульсного генератора
2.1.1.2 Баланс энергии в плазменном канале
2.1.1.3 Импульсное деформирование упругопластической среды
2.1.1.4 Начальные и граничные условия
2.1.2 Двумерная модель электровзрыва
2.2 Численная реализация модели
2.2 1 1-D модель электровзрыва

2.2.2 2-Т) модель электровзрыва
Глава 3. ВОЛНОВАЯ ДИНАМИКА И РАЗРУШЕНИЕ ПРИ ЭЛЕКТРОВЗРЫВЕ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
3.1 Исследование энергетических характеристик электровзрыва в твердом теле, помещенном в жидкость
3.2 Исследование волновой динамики при электровзрыве
3.3 Разрушение твердого тела при электровзрыве в системе наложенных
электродов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение А Фоторазвертки расширения разрядного канала в КС1,
АЭС/, КВг, оргстекле, ПММА и временные зависимости его радиуса

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Электровзрывом в твердых телах называют комплекс взаимосвязанных явлений, включающих инициирование и развитие разрядного канала, перемыкание им разрядного промежутка, расширение плазменного канала при быстром вводе в него энергии, генерацию и динамику ударных волн, их трансформацию в упругую и пластическую волны, формирование динамично изменяющегося поля механических напряжений и деформаций, трещинообразование и разрушение твердого тела.
Взрывное воздействие расширяющегося плазменного канала, сформированного в толще слабопроводящих материалов, применяется в технологиях бурения скважин в горных породах, дробления и разрушения материалов и изделий, резания щелей, очистки поверхностей от отложений и др. Современное состояние исследований в области фундаментальных основ электроразрядных технологий, несмотря на обширные и глубокие исследования электрического разряда в конденсированных диэлектриках характеризуется рядом проблем. Остается дискуссионной не только роль параметров энерговвода в разрядный канал, но и влияние волновых процессов на формирование динамично изменяющегося поля механических напряжений и деформаций в обрабатываемом твердом теле. Уровень теоретических и экспериментальных исследований стадии расширения канала в воде достаточно высокий, благодаря работам Окуня И.З., Наугольных К.А., Роя H.A., Кривицкого Е.В. и др. В твердых телах эта стадия экспериментально исследована только в работах Воробьева A.A., Семкина Б.В., Шубина Б.Г., Кожушко A.A. хотя разница не только в балансе энергии, но и в феноменологии процессов из-за существования пластического течения и хрупкого разрушения, должна быть значительной.
Электровзрыв в твердом теле позволяет регулировать энерговыделение в разрядном канале и, тем самым, влиять на поле напряжений вокруг канала,

Вышеизложенные данные служат достаточным основанием для следующих выводов:
инициирование и рост разрядного канала определятся локальной напряженностью электрического поля у электрода и на окончаниях развивающихся разрядных каналов, то есть энерговыделением в локальной области;
зажиганию и развитию разряда как в твердых, так и жидких диэлектриках присущ эффект полярности: при зажигании разряда Ез+ /Ез_ > 1,5, различие скоростей развития анодо- и катодонаправленных разрядных каналов и- значений электрической прочности в твердых и жидких диэлектриках;
внедрению разрядного канала свойственны: вероятность, различная траектория и глубина внедрения, которые могут зависеть от параметров Я-Ь-С разрядного контура, электрофизических характеристик твердого и жидкого диэлектриков, состояния поверхности раздела сред.
1.2. Формирование откольной каверны в твердом.теле при
электровзрыве
Рассматривая расширяющийся плазменный канал при электровзрыве в твердом материале как источник импульсных механических нагрузок, последовательность явлений после пробоя можно представить следующим образом: выделение электрической энергии накопителя в разрядном канале — рост давления в канале и его расширение - генерация и распространение волн механических напряжений — формирование поля упруго-пластических деформаций - зарождение и рост трещин - разрушение.
Электровзрыв в твердом теле по характеру сопровождающих его явлений довольно близко примыкает к двум явлениям, более глубоко изученным к настоящему времени: электрический разряд в жидкости и взрыв взрывчатых веществ (ВВ) в твердом материале [60, 61,113].