Исследование поведения хрупких материалов при различных напряженных состояниях в условиях ударного сжатия

• Автор: Савиных, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 156 с. : ил.

1 У пру го-пластическое деформирование твердых тел в ударных волнах. Волна разрушения
1.1 Одномерное сжатие конденсированных сред
1.2 Деформирование упругих и упруго-пластических материалов в ударных волнах
1.3 Волна разрушения
1.3.1 Введение
1.3.2 Поведение стекла при ударном сжатии
1.3.3 Измерения отколыюй прочности стекла
1.3.4 Обнаружение волн разрушения в ударно-сжатом стекле
1.3.5 Исследования кинематических параметров и порогов образования волн разрушения
1.3.6 Поиск волн разрушения при ударном сжатии хрупких керамик и монокристаллов
1.3.7 Возможные механизмы и теоретические модели волн разрушения
1.3.8 Заключение
2 Экспериментальные методы генерации плоских ударных волн и регистрация созданных ими параметров.
2.1 Современные методы генерации и регистрации в физике ударных волн
2.2 Взрывные генераторы плоских ударных волн
2.3 Лазерный допплеровский измеритель скорости движения свободных и контактных поверхностей образцов У1БАК

3 Измерение продольной и объемной сжимаемости натриевоизвесткового стекла при давлениях до 10 ГПа
3.1 Определение продольной сжимаемости стекла
3.2 Измерение объемной сжимаемости стекла
3.3 Расчет коэффициента Пуассона стекла при одноосном сжатии
4 Влияние бокового сжимающего напряжения на упругопластические свойства и распространение волн разрушения
в хрупких материалах
4.1 Метод создания бокового сжимающего напряжения в образце
4.2 Волна разрушения в предварительно напряженных стеклах
4.2.1 Механические свойства исследуемых стекол
4.2.2 Результаты экспериментов
4.3 Влияние бокового сжимающего напряжения на упруго-пластические свойства керамик и сапфира
4.3.1 Механические свойства исследуемых материалов
4.3.2 Результаты экспериментов
4.4 Обсуждение результатов измерений
5 Поведение хрупких материалов при нагружении сферическими расходящимися ударными волнами
5.1 Компьютерное моделирование дивергентных ударных волн
5.2 Разработка метода генерации сферических расходящихся ударных волн
5.3 Результаты экспериментов
5.3.1 Керамика Б6 на основе А120з
5.3.2 Натриево-известковое стекло
5.3.3 Монокристалл кремния
5.3.4 Керамика В4С
Заключение
Литература

Настоящая диссертация посвящена экспериментальному исследованию поведения хрупких материалов при ударно-волновом нагружении.
Актуальность. В последнее время уделяется повышенное внимание исследованию поведения хрупких материалов при ударном сжатии. В то время как механизмы и определяющие факторы разрушения хрупких материалов при растяжении достаточно хорошо изучены, процессы квази-статического и, особенно, динамического неупругого сжатия и разрушения представляются в значительной мере неясными [1,2]. Важным проявлением хрупкого разрушения сжатием является формирование и распространение волн разрушения, наблюдавшихся в ударно-сжатых стеклах [3]. Волна разрушения представляет собой сетку трещин, инициируемых на поверхности стекла под действием приложенного напряжения и распространяющихся в объем материала. Можно надеяться, что дальнейшее изучение и исчерпывающее описание этого явления будет полезным не только для расчетов разрушения при сжатии в условиях взрыва или высокоскоростного удара, но и для понимания основных закономерностей катастрофических разрушений различного масштаба в условиях длительного действия нагрузки.
Практически вся накопленная информация о поведении материалов в ударных волнах относится к экспериментам с плоскими ударными волнами. Однако, одномерные условия деформирования в плоских ударных волнах не дают возможности варьировать соотношение между компонентами напряжений. Между тем известно, что при достаточно высоких давлениях разрушение сжатием становится невозможным и хрупкие материалы становятся пластичными. Для полного описания материала требуется также знание условий его перехода из хрупкого состояния в пластическое. Поскольку физические механизмы пластической деформации и разрушения различаются, для их описания должны использоваться разные критерии и модели неупругого деформирования. В работе развит метод диагностиро-

поверхности. При этом измерения принимают дифференциальный характер, что существенно повышает их точность. Высокое пространственное разрешение лазерных методов обеспечивается тем, что зондирующее излучение лазера фокусируется на исследуемом образце в пятно диаметром ~0,1 мм. Это снимает ограничения на характер движения поверхности, то есть такие методы могут использоваться при исследовании неодномерных динамических процессов. Минимальное регистрируемое время нарастания во фронте ударной волны, определяемое частотными характеристиками электронной аппаратуры, при фиксации интерференционных биений электронными фотоумножителями составляет в настоящее время 1—2 наносекунды. При использовании оптической регистрации интерференционной картины с помощью высокоскоростного электронно-оптического преобразователя удается довести временное разрешение данной методики до субиапосекундного уровня (~0.3 не) [92]. Современная модификация ин-терферометрической системы ОИУГЗ позволяет регистрировать скорость поверхности вдоль определённой линии наблюдения длинной 200 мкм в нескольких точках одновременно с пространственным разрешением 10 мкм и субнаносекундным временным разрешением [93].
В данной главе описаны используемые в работе методы генерации плоских ударных волн различной амплитуды и длительности с помощью специальных устройств, основанных на применении энергии взрывчатых веществ, используемые в данной работе для нагружения исследуемых образцов, а также метод непрерывной регистрации профилей скорости сво-бодых или контактных поверхностей ударно-сжатых образцов с помощью лазерного допплеровского измерителя скорости.
2.2. Взрывные генераторы плоских ударных волн
Широкое применение в физике высоких давлений получили взрывные генераторы ударных волн, где источником энергии для возбуждения импульсов нагрузки является химическая энергия взрывчатых веществ (ВВ). Основные результаты, представленные в данной работе, получены с использованием специальных взрывных устройств, позволяющих ирово-