Научная статья на тему 'Исследование начального этапа разрушения осесимметричной оболочки при импульсном нагружении'

Исследование начального этапа разрушения осесимметричной оболочки при импульсном нагружении Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук»

CC BY
107
33
Поделиться

Похожие темы научных работ по общим и комплексным проблемам естественных и точных наук , автор научной работы — Козлов Г.В., Григорьев Ю.А., Стаценко Г.В.,

Текст научной работы на тему «Исследование начального этапа разрушения осесимметричной оболочки при импульсном нагружении»

Козлов Г.В., Григорьев Ю.А., Стаценко Г.В. ИССЛЕДОВАНИЕ НАЧАЛЬНОГО ЭТАПА РАЗРУШЕНИЯ ОСЕСИМЕТРИЧНОЙ ОБОЛОЧКИ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ НАГРУЖЕНИИ

В работе проведено исследование закономерностей взрывного разрушения корпуса осколочного бое-припаса и уточнение момента начала и последовательности формирования трещин при взрывном нагружении.

Анализ результатов экспериментов позволяет сделать вывод, что характер и последовательность формирования боковых и торцевых поверхностей разрушения различны.

Момент начала, последовательность и характер формирования поверхностей разрушения в экваториальной и меридиональной плоскостях различны.

Разрушение предопределяется начальным (до окончания 1-й пульсации ударной волны в корпусе) периодом взрывного нагружения, в который на субмикроскопическом уровне зарождаются очаги разрушения.

Анализ современных представлений о закономерностях процесса взрывного разрушения корпуса (ВРК) осколочно-фугасных (ОФ) боеприпасов показывает, что он еще не в полной мере изучен. Предлагаемые различными авторами гипотезы, не объясняют всей полноты сложных процессов, протекающих в стенке корпуса боеприпаса на различных этапах взрывного нагружения. На основании имеющихся представлений невозможно корректно теоретически оценить параметры осколочности боеприпасов и выбрать принципиально новые, научно обоснованные технические решения, направленные на повышение эффективности осколочного действия боеприпасов [1], [2].

Не существует физических моделей, в полной мере адекватно описывающих процесс ВРК боеприпаса, а информации, получаемой при применении любого из современных экспериментальных методов исследований процесса ВРК в отдельности недостаточно.

Целью работы является исследование закономерностей взрывного разрушения корпуса осколочного боеприпаса и уточнение момента начала и последовательности формирования трещин при взрывном нагружении.

Для проведения исследований процесса ВРК ОФ боеприпаса использовался метод предотвращения разрушения на различных стадиях [3], [4], [5]. В качестве объекта исследования использовались стан-

дартные осколочные макеты. Варьировались механические свойства металла корпуса, физикоэнергетические характеристики ВВ и величины зазоров.

Условия проведения экспериментов и параметры макетов выбирались с учетом проведенных ранее исследований [3], [4], [5]. В отличии от указанных работ в настоящем исследовании были рассмотрены

более раннии стадии взрывного нагружения (до окончания 1-й пульсации ударной волны в стенке корпуса) и стали, склонные к различным характерам разрушения.

В результате визуального обследования остановленных цилиндров установлено, что признаки взрывного разрушения корпуса в экваториальной плоскости проявляются на начальном этапе нагружения. Это подтверждает положения «стартовой модели». Признаки ВРК в меридиональной плоскости отсутствуют. Из результатов, представленных в таблице № 1 и рис. 1следует, что разрушение в экваториальной плоскости от сечения к сечению происходит не путем распространения одной продольной магистральной трещины, а путем объединения отдельных продольных трещин. В следствии наличия перемычек между продольными трещинами и обеспечивается целостность цилиндров, остановленных на максимальных зазорах.

Металлографическое обследование шлифов участков экваториальных сечений корпусов после испытаний подтвердило наличие признаков разрушения на микроуровне, аналогичных обнаруженным при визуальном обследовании (рис.2).

Структура металла корпуса определяет характер разрушения, участвующего в формировании их боковых поверхностей [5], [6]. Для грубопластинчатой перлитной структуры он преимущественно отрывной,

а для сорбитно-трооститной преимущественно сдвиговой.

На основе полученных результатов можно следующим образом представить развитие процесса ВРК осколочного боеприпаса при взрывном нагружении в экваториальной плоскости. В начальный период взрывного нагружения до окончания первой пульсации ударной волны в стенке корпуса на субмикроско-пическом уровне, одновременно и не зависимо друг от друга на различном удалении от внутренней поверхности зарождаются очаги разрушения, различные по виду и интенсивности.

В средней зоне происходит множественное образование мелких трещин отрыва. Их местоположение, плотность и характеристики зависят от параметров боеприпасов. Наиболее развитые из этих микротрещин предопределяют дальнейшее развитие процесса разрушения в экваториальной плоскости. Можно утверждать, что дефектная зона внутри стенки корпуса возникает в результате интерферентного взаимодействия падающей и отраженной упругих волн, диссипация энергии которых протекает путем образования новых поверхностей (трещин).

Физико-энергетические характеристики ВВ, в отличие от механических свойств металла, не изменяют качественных признаков разрушения, но определяет их количественные значения.

Повышение физико-энергетических характеристик ВВ приводит к увеличению зоны интенсивной пластической деформации осколков 621. В соответствии со стартовой моделью, формирование зоны интенсивной пластической деформации происходит в начальный период взрывного нагружения, и величина ее определяется импульсом давления продуктов детонации, воздействующим на этот период [7], [8].

Полученные результаты позволяют утверждать, что очаги разрушения в экваториальной плоскости зарождаются независимо друг от друга в начальный (меньше чем время 1-й пульсации ударной волны) период взрывного нагружения и имеют различия по характеру, интенсивности и местоположению. Дальнейшее развитие и слияние наиболее развитых из них приводит к формированию осколкообразующих трещин, а наименее развитые остаются в осколках в виде деструктурирующих трещин. При этом интенсивность разрушения определяется величиной импульса давления продуктов детонации, воздействующего на корпус за это время.

Для ВРК в экваториальной плоскости подтверждена предопределяющая роль начального (до окончания 1-й пульсации ударной волны в стенке корпуса) периода взрывного нагружения. Установлена последовательность формирования боковых поверхностей разрушения корпуса, влияние структуры металла и свойств ВВ на феноменологические характеристики осколков.

Таким образом, можно сделать вывод, что характер и последовательность формирования боковых и торцевых поверхностей разрушения различны.

Момент начала, последовательность и характер формирования поверхностей разрушения в экваториальной и меридиональной плоскостях различны.

Таблица № 1 - результаты обследования остановленных цилиндров

ВВ

Тротил А- IX -2

А , мм Ь, мм д, мм Б, мм А , мм Ь, мм д, мм Б, мм

0 0 25 0,3 32,8 0,06 35 0,1 20,7

0,50 61 1,2 28,4 0,48 68 0,3 18,1

а) б)

а) - с зазором Л = 0,06мм; б) - с зазором Л = 0,50мм Рис.1 - Остановленные корпуса макетов

а) - ВВ А-1Х-11 с зазором Л = 0,06мм; б) - ВВ А-1Х-11 с зазором Л = 0,5мм Рис.2 - Признаки разрушения корпуса в экваториальной плоскости

Для взрывного разрушения корпуса в экваториальной плоскости установлено следующее:

1) разрушение предопределяется начальным (до окончания 1-й пульсации ударной волны в корпусе) периодом взрывного нагружения, в который на субмикроскопическом уровне зарождаются очаги разрушения;

2) очаги разрушения различаются по характеру, интенсивности и местоположению. Их развитие приводит к формированию сдвиговых трещин, развивающихся от внутренней поверхности и радиальных отрывных трещин в серединой зоне сечения;

3) структура металла корпуса определяет характер формирования боковой поверхности разрушения осколков в зоне, прилегающей к внешней поверхности. Для грубопластинчатой перлитной структуры он отрывной, а для сорбито-трооститной - сдвиговый.

ЛИТЕРАТУРА

1. Физика взрыва. Под редакцией Л.П. Орленко. - Изд. 3-е, перераб. в 2т. Т.2. - М.; ФИЗМАТЛИТ,

2002. - 656с.

2. Средства поражения и боеприпасы. Учебник / Под общей редакцией В.В. Селиванова;.- М.: Изд-

во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 984с.

3. Кузнецов В.А. О дроблении корпусов авиационных боеприпасов на осколки при взрыве: Труды

ВВА им. Жуковского, 1956, вып. 612 - 1022 с.

4. Филимонов В.А., Одинцов В.А. Применение метода остановки для исследования механизма разрушения цилиндров под действием продуктов детонации: - Вопросы специального машиностроения., сер.I, 1980, вып 10(77), с2 6...31.

5. В.А. Макридин, Родионов Д.П., Смирнов Л.В. Влияние структуры на естественное дробление стальных оболочек. Сборник материалов всесоюзной конференции по проектированию систем и комплексов. М.: ЦНИИНТИ, 1983, с. 46.47.

6. Одинцов В.А. Метание и разрушение оболочек продуктами детонации / В.А. Одинцов. - М.: ЦНИ-ИНТИ, 1976. -144с.

7. Одинцов В.А. Развитие поврежденности в стенке цилиндра при динамическом нагружении / В.А. Одинцов // Механика импульсных процессов: Тр. МВТУ. № 436. - М.: МВТУ, 1985. - с.30.40.

8. Козлов Г.В., Стаценко Т.Г. О начальных параметрах взрывного нагружения корпусов боеприпасов

осколочного действия. // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. М.: Издание Российской академии ракетных и артиллерийских наук, 2 0 05. Вып. № 2 (43). С 65.71.