Экспериментальное исследование импульсного растяжения жидкостей при ударно-волновом воздействии

• Автор: Сосиков, Василий Александрович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 101 с. : ил.

ГЛАВА 1. КАВИТАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ЕЁ ИЗУЧЕНИЯ

1.1 Кавитация в медицине

1.2 Экспериментальные методы исследований при отрицательном ДАВЛЕНИИ

1.3 Исследование инклюзий жидкости в кристаллы

1.4 Динамическое растяжение жидкостей

1.5 Гомогенное зародышеобразование

1.6. Стабильные и метастабильные фазовые состояния

ГЛАВА 2. ДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЯХ

2.1 Эволюция треугольного импульса сжатия при взаимодействии со свободной поверхностью
2.2 Определение констант кинетики откольного разрушения материалов на основе экспериментальных данных

2.3 Современные методы генерации плоских ударных волн

2.4 Методика измерения откольной прочности в жидких образцах
2.5 Метод регистрации скорости
свободной поверхности
2.6 Метод обработки экспериментальных интерферограмм для
получение профилей скорости
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
3.1 Влияние скорости деформирования на откольную прочность гексана
3.2 Двухстадийный характер разрушения в этиловом спирте
3.3 Вода при низкой температуре
3.4 Особенности двухстадийного разрушения гексадекана
3.5 Влияние амплитуды падающего импульса на откольную прочность пентадекана
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
4.1 Гексан
4.2 Этиловый спирт
4.3 Вода при низкой температуре
4.4 Уравнение состояния воды
4.5 Гексадекан
4.6 Пентадекан
Основные результаты работы
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность. Кавитация (от лат. сауйая - пустота) - образование в капельной жидкости разрывов сплошности с появлением полостей (т.н. кавитационных пузырьков), заполненных газом, паром или их смесью, в результате местного понижения давления [1]. Явление кавитации - предмет исследования во многих областях науки и техники. К примеру, наличие кавитации неблагоприятно сказывается на работе гидравлических машин, турбин, судовых гребных винтов, что заставляет принимать меры к избежанию кавитации.
Согласно теоретическим представлениям, жидкости способны выдерживать очень большие растягивающие напряжения, достигающие 1 ГПа, при этом предполагается, что разрушение происходит по механизму гомогенного зародышеобразования. Однако, на практике нарушение сплошности жидкости начинается при гораздо меньших величинах отрицательного давления. Это связывается, в первую очередь, с тем, что в реальных жидкостях присутствует большое количество гетерогенных зародышей, на которых и инициируется рост пор.
Изучению поведения жидкостей при отрицательных давлениях посвящено большое количество исследований, тем не менее, лишь в некоторых работах анализируется влияние скорости деформирования на прочность жидкости, хотя данная зависимость позволяет получить дополнительную информацию о кинетике зарождения и роста пор. Представляет также интерес изучение прочности жидкости вблизи температуры плавления, т.к. именно в её окрестности проявляются некоторые особенности разрушения. И, наконец, необходимо расширять класс жидкостей, исследованных в области отрицательных давлений, поскольку эта информация требуется для получения и проверки уравнений состояния жидкостей, к которым есть большой интерес в различных областях науки и техники.

Цель работы. Экспериментальное исследование зависимости величины откольной прочности от скорости деформирования в гексане и этиловом спирте. Изучение особенностей кавитации жидкостей вблизи температуры плавления на примере гексадекана, пентадекана и воды. Проверка применимости теории гомогенного зародышеобразования для интерпретации полученных результатов.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка цитированной литературы.
Первая Глава IIосвящена обзору методов создания отрицательных давлений в жидкости. Приведён обзор работ, посвящённых динамическим методам исследования растяжения жидкостей. Даны основные положения теории гомогенного зародышеобразования.
Вторая Глава IIосвящена методике части проведения экспериментов. В ней представлены основные положения теории эволюции треугольного импульса сжатия и его взаимодействия со свободной поверхностью. Описан метод определения констант кинетики откольного разрушения материалов на основе экспериментальных данных. Изложены современные методы генерации плоских ударных волн и подробно описаны схемы экспериментальных сборок. Описана методика измерения скорости свободной поверхности с помощью лазерного доплеровского измерителя скорости УКАЯ. Описана специально разработанная программа по обработке получаемых в процессе эксперимента осциллограмм и получения из них профиля скорости свободной поверхности.
Третья Глава IIосвящена результатам, полученным в экспериментах с гексаном, этиловым спиртом, водой при низкой температуре, пентадеканом, гексадеканом. Приведены параметры всех экспериментальных сборок. Построены основные зависимости величины отрицательных давлений от

где / - длина линии задержки, п - показатель преломления, с - скорость света в вакууме.
После отражения от концевых зеркал пучки света возвращаются на светоделитель, где и происходит их интерференция. Вследствие оптической симметрии интерферометра характер отражения света от образца (диффузный или зеркальный) не влияет на работу.
Текущее значение монотонно изменяющейся скорости отражающей поверхности Щ) определяется по числу зафиксированных биений интенсивности света N(1):
£/(,)=А Ш—,б=-Р- лА,
2Д/ (1 + е>)(1 +Дг/и0) п2-1 ДА где Л - длина волны зондирующего излучения, п - показатель преломления, 8 - поправка на дисперсию света в блоке задержки, А у/уо - частотная коррекция, которую необходимо учитывать в том случае, если зондирующее излучение проходит прозрачную среду (окно), меняющую при ударноволновом сжатии свои оптические свойства.
Для определения направления изменения скорости в интерферометре предусмотрена система поляризационного кодирования, позволяющая определить направление изменения скорости в любой момент времени, включающая поляризатор света (ПО, четвертьволновую пластинку (Л/4) и поляризационный светоделитель (П2). Благодаря контролю интенсивности попадающего в интерферометр света и системе поляризационного кодирования значения скорости отражающей поверхности однозначно определяются в каждый момент времени.
В качестве генератора зондирующего излучения использовался аргоновый лазер с мощностью непрерывного излучения на длине волны
514,5 нм до 1 Вт. Постоянная интерферометра (изменение скорости на одно биение) от 80 м/с. В качестве фотоприемников излучения (Фь Ф2, Фз) используются быстродействующие фотоумножители с временным