CC BY
105
ТЕРМОГАЗОДИНАМИКА. ТЕПЛОМАССООБМЕН
УДК 539.4
Г.В. Козлов, д-р техн. наук, доц., нач. кафедры, (8412) 42-45-61,
£ук 17 @..уаМех.щ,
Ю.А. Григорьев, доц., проф. (8412) 40-44-15, епеопеу ua@mail.ru,
(Россия, Пенза, ИГУ),
Г.В. Стаценко, инженер, (499) 122-60-01,1УорRu@stLm.acти,
(Россия, Москва, НЦ «Курчатовский институт»)
О ВЛИЯНИИ НАЧАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ВЗРЫВНОГО НАГРУЖЕНИЯ КОРПУСА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗРУШЕНИЯ
Приведены результаты оценки влияния начальных условий взрывного нагружения осесимметричной стальной конструкции на характеристики разрушения. Показана возможность увеличения интенсивности взрывного разрушения оболочки за счет использования нерегулярного режима отражения косой детонационной волны от стенки корпуса.
Ключевые слова: детонаг/ия, параметры осколочности, взрывное нагружение, начальное давление, коаксиальный заряд.
Осколочно-фугасные боеприпасы (ОФБ) составляют основу боекомплекта артиллерийских комплексов и входят в состав боевых комплектов танков и противотанковых орудий. Могущество их осколочного действия существенным образом зависит от параметров осколочного поля, которые характеризуют результат взрывного разрушения корпуса (ВРК), а следовательно? определяются механическими свойствами металла корпуса, физико-энергетическими характеристиками взрывчатого вещества (ВВ), геометрическими размерами, видом применяемой схемы нагружения и технологией снаряжения [1, 2].
Согласно стартовой модели [1] при выходе фронта детонации в сечении X по корпусу начинают распространяться волны напряжений, образуя области возмущений, в которых металл корпуса находится в различном напряженно-деформированном состоянии. В момент времени т (рис. 1) -встречи упругой волны разгрузки с зоной интенсивного пластического течения металла, корпус в данном сечении из напряженного состояния покоя переходит в состояние радиального расширения, вследствие этого происходит потеря устойчивости. К этому моменту в корпусе формируется две
зоны деформации металла: внутренняя - интенсивной пластической деформации и наружная - упругопластического деформирования металла.
Рис. 1. Стартовая модель взрывного разрушения корпуса ОФБП
Потеря устойчивости корпусом сопровождается образованием в упругопластической зоне деформации продольных и поперечных колебаний широкого спектра частот, как это имеет место при проведении и других физических систем при переходных процессах. В окрестности некоторой срединной поверхности в результате развития колебательного процесса возникают локальные максимумы напряжений, величина которых убывает по мере увеличения частоты, на которой они реализуются. В местах этих локальных максимумов, где напряжения превосходят допустимые для данного материала, одновременно и независимо друг от друга происходит зарождение очагов разрушения, имеющих различную интенсивность. Затем под действием давления продуктов детонации эти очаги развиваются, что приводит к разрушению корпуса на осколки. При этом количество осколков зависит от импульса давления N = /(,/).
Известно, что такие характеристики параметров осколочности, как N >{) 5 и У{), определяются импульсом давления продуктов детонации
Л[1,2]:
г
^ = [ Р( *)&,
о
где т - время старта.
Поэтому важно на этапе проектирования ОФБ уметь производить оценку величины начального давления, воздействующего на корпус с целью более корректного определения параметров осколочного поля и могущества действия образца.
С увеличением этой величины возрастают такие параметры, как скорость разлета осколков и их количество. Величина же импульса давления продуктов детонации, наряду с другими факторами, существенно зависит от начального давления, реализуемого на внутренней поверхности стенки
корпуса в данном сечении в момент прихода фронта детонационной волны [3].
Целью работы является экспериментальная оценка влияния начальных условий взрывного нагружения корпуса на характеристики разрушения осесимметричной стальной конструкции.
Одним из путей увеличения начального импульса давления продуктов детонации, воздействующего на корпус ОФБ, является применение более мощного взрывчатого вещества (ВВ) либо изменение угла подхода фронта детонации к стенке осесимметричной стальной конструкции [1-3].
В данной работе использована схема с комбинированным коаксиальным зарядом, позволяющая изменять угол подхода фронта детонационной волны к внутренней стенке цилиндрической оболочки и тем самым влиять на величину начального давления [4, 5].
Управление углом подхода фронта детонационной волны к стенке корпуса для данной схемы обеспечивается изменением соотношения скоростей детонации основного разрывного заряда ^осн и вспомогательного центрального заряда Л)ц, которое должно быть Л)ц > 1)(>си . Угол подхода фронта детонационной волны к стенке корпуса, как следует из рис. 2
* • ° р = агсБш
7ОСН
D
ц
Рис. 2. Угол подхода фронта детонационной волны к стенке корпуса
Зависимость начального давления от угла подхода фронта детонационной волны для большинства ВВ не является монотонной, а имеет экстремум в области критического значения [3 к/1 [4], соответствующего переходу регулярного отражения косой детонационной волны от стенки корпуса к Маховскому. Графическая расчетная зависимость относительного начального давления от угла подхода фронта детонационной волны Рн = /(Р) для тротила при учете сжимаемости стенки стальной конструкции представлена на рис. 3. Видно, что начальное давление в точке экстремума превышает начальное давление, соответствующее углу подхода фронта детонационной волны 60...67°, а Рн - 1,7... 1,8. Это на 10... 15 % превышает значение начального относительного давления при падающем фронте детонационной волны.
Р»
Рис. 3. График зависимости начального давления продуктов детонации от угла подхода фронта детонации к стенке корпуса
Экспериментальные исследования проводились на осколочных макетах (рис. 4) со следующими геометрическими размерами: внешний диаметр 50 мм, высота 150 мм, толщина стенки 5 мм, толщина крышки и дна 15 мм, диаметр центрального заряда 5 мм. Корпуса макетов изготовлены из стали 45. Снаряжение производилось раздельно-шашечным методом.
Рис. 4. Осколочные макеты: а - снаряженные сплошным зарядом; б - снаряженные комбинированным коаксиальным зарядом
Испытано три варианта макетов: вариант 1 - со сплошным зарядом ВВ из тротила; вариант 2 - с комбинированным коаксиальным разрывным зарядом, обеспечивающим значение угла Р > Ркр (основной заряд из тротила, центральный из ТГ- 40/60); вариант 3 - с комбинированным коаксиальным разрывным зарядом, обеспечивающим значение угла Р в диапазоне 50°... Ркр (основной заряд из тротила, центральный из окфола).
Схема с комбинированным коаксиальным разрывным зарядом [5] обеспечивает требуемое значение угла Р в диапазоне Ркр ... Р! (см. рис. 3).
Характеристики взрывного разрушения представлены в таблице.
Результаты экспериментов
Вариант P, град Ph N0,25> ШТ. AN0,25 , % m, г Vo, м/с A Vo, %
1 68,7 1,595 164 0 3,66 890 0
2 64,8 1,742 270 +64 2,62 1010 +14
3 60,9 1,552 240 +46 2,64 973 +9
Из представленных результатов следует, что повышение начального давления продуктов детонации, воздействующего на корпус, приводит к увеличению количества осколков, уменьшению их средней массы и к увеличению скорости их разлета.
Таким образом, экспериментально подтверждена возможность и проведена оценка влияния начальных условий взрывного нагружения корпуса на характеристики разрушения осесимметричной стальной конструкции. Так количество осколков может быть увеличено на 64 %, а их начальная скорость повышена на 14 %.
Список литературы
1. Кузнецов В.А. О дроблении корпусов авиационных боеприпасов на осколки при взрыве // Труды ВВА им. Жуковского. 1956. Вып. 612. С. 128.
2. Средства поражения и боеприпасы: учебник / под общей ред. В.В. Селиванова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 984 с.
3. Физика взрыва/ под ред. Л.П. Орленко. Т.2. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. 656 с.
4. Козлов Г. В. Оценка параметров ударной волны в стальной конструкции при импульсном нагружении // Известия вузов. Поволжский регион. 2005. №5. С 197-205.
5. Осколочный боеприпас: пат. № 2249174 Рос.Федерация. М. Кл. F42B 12/20. Опубл. 27.03.2005. Бюл. № 9.
G.V. Kozlov, Y.A. Grigoryev, G.V.Statsenko
INFLUENCE OF INITIAL CONDITIONS OF EXPLOSIVE LOADING CASE FOR DATA DESTRUCTION
The results of assessing the impact of the initial conditions of explosive loading of axi-symmetric steel structure on the characteristics of destruction. The possibility of increasing the intensity of explosive destruction of the shell due to the use of irregular reflection regime oblique detonation wave from the housing wall.
Key words: detonation, fragmentation parameters, explosive loading, the initial pressure, coaxial charge.
