WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 ||

Параметры газа в ударной волне зависят от числа Маха М=Vуд/u. В простейшем случае идеального газа с постоянной теплоемкостью получены теоретические формулы для оценки скачков плотности, давления и т.п. Для очень интенсивных ударных волн (при М ) теоретически рассчитываемое предельное сжатие достигает величины 1/0 = ( + 1)/( - 1) где 1 – плотность газа за фронтом ударной волны, 0 - начальная плотность газа, = cp/cv - показатель адиабаты. Для одноатомного идеального газа = 5/3 и теоретическое предельное сжатие равно 4. Для двухатомных газов (и для воздуха) = 7/5 и предельное сжатие равно 6.

В реальном газе при высоких температурах происходят сложные молекулярные процессы и параметры за фронтом ударной волны можно определить лишь численными расчетами на основе систем уравнений, удовлетворяющих условиям сохранения потоков массы, импульса и энергии через фронт волны. В таблице приведены расчетные величины сжатия 1/0, а также давления р1 и температуры Т1 за фронтом ударных волн, распространяющихся с различными скоростями Vуд по воздуху при нормальных условиях ( ро = 1 атм, То=293 К, 0 = 1,29 10-3 г/см3 ).

Vуд, м/с 1/0 р1, атм Т1, К 330 1 1 700 2,84 5 980 3,88 10 2150 6,04 50 335 8,58 127 6970 11,00 561 Ударные волны в твердых телах приходится рассматривать с учетом не только теплового движения, но и взаимодействия частиц (тепловые и упругие составляющие). Общей теории этих сложных процессов не существует и ударные адиабаты для твердых (и жидких) тел определяют из опытных данных. Например, в таблице приведены опытные данные для параметров за фронтом ударной волны в свинце.

Vуд, м/с 1/0 р1, атм Т1, К 3200 1,3 25 000 1 6500 1,9 2 250 000 15 8100 2,2 4 010 000 26 В технических приложениях наибольшее значение имеют “слабые” ударные волны с давлениями 10 000 – 100 000 атмосфер и скоростями распространения от 2000 до 9000 метров в секунду.. Это – типичные параметры для взрывов в жидкостях, ударах продуктов взрыва о преграды.

Кумулятивный эффект.

При обычном взрыве возникают расходящиеся во все стороны ударные волны (преимущественно сферические). С удалением от места взрыва механические эффекты резко снижаются вследствие крутого падения давления, скорости и других параметров продуктов взрыва. В случае сферической симметрии давление в газообразных продуктах взрыва уменьшается обратно пропорционально R9, где R - расстояние от источника взрыва. Это следует из того, что сильно сжатые продукты детонации расширяются по закону PVk=const k=3, а V R3.

, где При осуществлении кумулятивного эффекта ударные волны становятся сходящимися и происходит резкое увеличение плотности энергии в некоторой области пространства, что ведет к значительному повышению разрушительного действия взрыва в необходимом направлении.

Кумулятивный эффект достигается с помощью использования специальных зарядов, устройство которых показано в левой части рисунка.

Во взрывчатом веществе 2 имеется выемка (например, коническая) в противоположной от детонатора 1 части заряда. Выемка покрыта металлической оболочкой 3 толщиной от долей миллиметра до миллиметра. В качестве материала оболочки чаще всего используют медь, бериллий и сталь.

В правой части рисунка показано, как после срабатывания детонатора продукты взрыва 5 перемещаются вдоль оси заряда за фронтом ударной волны 6. Волна разрушает коническую оболочку 3, начиная от ее вершины, и сообщает металлу оболочки большую скорость. Давление продуктов взрыва значительно превосходит предел прочности металла и поэтому движение разрушаемой металлической оболочки подобно течению жидкой пленки. Движущийся металл образует поток, сходящийся под углом к оси конуса и переходящий в тонкую металлическую струю 4, перемещающуюся вдоль оси с очень большой скоростью (доходящей до 12-15 км/с). Действие этой струи обуславливает высокую проникающую способность взрыва кумулятивного заряда. Давление, возникающее при столкновении струи с твердой преградой, настолько превышает напряжение разрушения любых материалов, что прочность преграды не играет существенной роли и в расчетах ее можно рассматривать как жидкость.

Из гидродинамической теории кумуляции следует, что скорость кумулятивной струи существенно возрастает с уменьшением угла при вершине конической выемки:

Vк=V0/tg(/2), где V0 - скорость, сообщаемая взрывными газами металлу оболочки.

Величина V0 зависит от толщины и плотности материала оболочки, а также от толщины и плотности взрывчатого вещества.

Давление металлической кумулятивной струи с плотностью о на преграду, например, на пластину из такого же металла Pк = (Vк)2 о /4.

При использовании стальных оболочек и современных взрывчатых веществ это давление может достигать 3-4 1011 Па, то есть нескольких миллионов атмосфер.

Кумулятивный эффект (а) Устройство кумулятивного заряда.

(б) Схема формирования кумулятивной струи.

Использование кумулятивного эффекта в технике.

Области технического применения кумулятивного эффекта – горное дело, обработка металлов и т.п. Большое распространение получили способы сварки металлов и других материалов с помощью кумуляции. Так, при угловой сварке взрывом, схема которой показана на рисунке, лист металла 1, который нужно приварить к основной металлической пластине 2, помещают под небольшим углом =2-10о. На всей поверхности привариемого листа располагают слой взрывчатого вещества 4, инициируемого от детонатора 5. Пластину 2 устанавливают на жесткую опору 3. Под воздействием ударной волны, возникающей при взрыве, элементы металлического листа 1 последовательно приобретают большую скорость и соударяются с основной пластиной. В зоне соударения возникает высокое давление, температура металлов резко возрастает и они переходят в жидкое состояние, образуя кумулятивную струю. В результате получают полноценное соединение свариваемых деталей.

Схема сварки взрывом.

(а) Расположение деталей до взрыва.

(б) Формирование кумулятивной струи при взрыве.

Некоторые задачи по эффектам удара, предлагаемые на экзаменах по курсу общей физики.

Абсолютно упругий удар.

1. Шар массой 2 кг абсолютно упруго сталкивается с покоящимся шаром большей массы 12 кг. После удара первый шар изменяет направление своего движения на 90о. Определите, во сколько раз уменьшилась энергия первого шара после удара.

2. Один шар налетает со скоростью 2 м/с на другой шар такой же массы, первоначально покоящийся. Происходит абсолютно упругий удар.

После соударения первый шар движется под углом 30° к первоначальному направлению движения. Найдите скорости шаров после удара. Под каким углом станет двигаться второй шар Абсолютно неупругий удар.

3. Один шар соударяется с другим, неподвижным, масса которого в три раза меньше. Удар - абсолютно неупругий, центральный. Сколько процентов первоначальной кинетической энергии переходит в тепло при ударе 4. Тело массы 1 кг, движущееся со скоростью V i + 2 j - k (м/с), 1 = испытывает абсолютно неупругое соударение с телом массы 2 кг, имеющим в момент соударения скорость V = -2 i +2 j + 4k (м/с).

Запишите выражение для вектора скорости тела, образовавшегося после удара, и определите величину этой скорости. Определите, чему равна величина механической энергии, перешедшей при ударе в другие формы энергии. (Потенциальная энергия при ударе не изменилась).

Удар с потерей части механической энергии.

5. Стальной шарик массой 10 г упал с высоты 1 м на стальную плиту и подскочил после удара на высоту 0,8 м. Определите модуль изменения импульса шарика при ударе и количество тепла, выделившееся при ударе.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.