Моделирование распространения и взаимодействия ударных волн при неодномерном взрывном нагружении металлических шаров по остаточным изменениям микроструктуры

• Автор: Хейфец, Алексей Эдуардович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 212 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Исследование свойства конденсированных веществ при высоких динамических давлениях. Исторический обзор публикаций
1.2 Общие сведения об ударных волнах
1.2.1 Распространение ударной волны и ударная адиабата Гюгонио
1.2.2. Косые ударные волны
1.2.3. Взаимодействие ударных волн
1.2.4. Ударные волны в твердых телах
1.3 Влияние высоких статических и динамических давлений на полиморфные превращения в сплавах на основе железа
1.3.1. Фазовые переходы в железе, вызванные действием статического и динамического давления
1.3.2. Структурные изменения, вызванные действием высоких давлений
1.4. Явление кумуляции энергии
1.4.1 Кумулятивные струи
1.4.2. Сходящиеся ударные волны
1.5. Нагружение металлических шаров сходящимися сферическими и квазисферическими ударными волнами
1.6. Постановка задачи исследования
2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ УДАРНЫХ ВОЛН В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ШАРАХ
2.1. Методика проведения экспериментов
2.2. Некоторые особенности рассматриваемых задач. Вводные
замечания
2.3. Ударное нагружение стального шара диаметром 40 мм
2.3.1 Микроструктурные исследования, микротвердость и изэнтропы
разгрузки
2.3.2. Расчет трехволновых конфигураций
2.4. Ударноволновые процессы в стальных образцах диаметром 60 мм
2.4.1. Экспериментальное исследование и компьютерное моделирование регулярного взаимодействия сходящихся ударных волн
2.4.2. Периодический характер фазового превращения в стали при отражении сходящихся ударных волн от центра фокусировки
2.5. Квазикубическое ударноволновое нагружение стального шара диаметром 90 мм
Заключение
Литература
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Распространение ударных волн в конденсированных средах интенсивно исследуется в с конца сороковых годов. Основной интерес исследований первоначально был связан с научной и практической потребностью в установлении уравнений состояния веществ при высоких (мегабарных) давлениях. Широкодиапазонные уравнения состояния и сейчас остаются одной из центральных проблем физики высоких плотностей энергии, однако за прошедшее время накоплены также обширные сведения о физических процессах и явлениях, сопровождающих ударноволновое сжатие конденсированных сред. Как известно, в мощных ударных волнах, помимо быстрого сжатия вещества до высоких давлений и его адиабатического разогрева, с чрезвычайно высокой скоростью протекают процессы упруго-пластической деформации, разрушения, полиморфных и фазовых превращений, химические реакции, явления электрической поляризации, ионизации и другие физические и химические явления. Таким образом, ударноволновое нагружение конденсированных сред позволяет исследовать фундаментальные свойства вещества в экстремальных условиях.
Анализ публикаций по данной теме свидетельствует, что исследования поведения вещества в ударных волнах ориентированы главным образом на прогнозирование отклика материалов на интенсивные динамические воздействия, такие, как высокоскоростной удар, взрыв или импульсы мощного лазерного излучения. В то же время, накопленные в физике ударных волн опыт, методические разработки, результаты проведенных исследований и новые представления о поведении вещества при интенсивных кратковременных воздействиях, явились существенным вкладом в физику твердого тела, физику плазмы, физику прочности и пластичности, теорию полиморфных превращений, химическую физику.
В настоящее время появляются и развиваются новые технологии с применением взрыва, импульсных лазеров и других импульсных источников

Одной из важных особенностей фазового превращения в ударных волнах следует считать наличие сдвиговой компоненты напряжения. Другой важной особенностью фазовых превращений в ударных волнах является чрезвычайно высокая скорость процесса. Поэтому кинетика фазовых превращений, проходящих в ударных волнах, отличается спецификой, связанной с кратковременностью протекающих процессов. Для того чтобы понять возможность фазового перехода в ударных волнах в течение времени на несколько порядков меньшего, чем время гидростатического сжатия, необходимо рассмотреть основные факторы, определяющие кинетику процесса.
Достаточно подробный анализ кинетики фазовых превращений под давлением

проведен Эстриным [59]. Анализ показал, что влияние давления на кинетику фазовых превращений в первом приближении сводится к влиянию давления на положение линий фазовых равновесий, и к влиянию давления на диффузионную подвижность атомов (вакансий). Ряд экспериментов [57,60,61] свидетельствует о том, что давления, при которых происходит фазовый переход при квазигидростатическом сжатии и динамическом нагружении, близки или совпадают. Поэтому в работе [62] сделан вывод, что способ нагружения, по-видимому, не влияет на величину термодинамического стимула превращения, но влияет на энергию активации самодиффузии. Квазигидростатическое давление способствует замедлению диффузионных процессов [63]. Причем скорость диффузии уменьшается с ростом давления, главным образом, вследствие уменьшения равновесной концентрации вакансий [63]. В процессе нагружения ударными волнами скорость диффузии, напротив, возрастает на несколько порядков, об этом свидетельствуют результаты многих исследователей, например [62,64,65]. По-видимому, именно это обстоятельство и определяет высокую скорость превращения в ударных волнах.
Важным приложением кинетики фазовых превращений является рассмотрение на этой основе гистерезиса прямого и обратного переходов и как следствие сохранение или несохранение метастабильной фазы высокого