Экспериментальные методы в физике ударных волн и детонации

 

Под ред. М. В. Жерноклетова

Экспериментальные методы в физике ударных волн и детонации

Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2020

 

Авторами монографии являются известные специалисты в области физики взрыва. В издании обобщены экспериментальные методы исследования физических, механических и оптических свойств конденсированных сред, подвергнутых ударно-волновому воздействию. Кратко изложены основополагающие сведения из механики сплошных деформируемых сред в объеме, необходимом для анализа опытных данных. Описаны методы изучения детонации конденсированных взрывчатых веществ, ударного сжатия и адиабатического расширения веществ, распространения слабых возмущений и структуры ударных волн. Большое внимание уделено вопросам прочности и разрушения твердых тел динамическими нагрузками. Изложены теоретические основы и методические аспекты определения температур и оптических свойств ударно-сжатых материалов. Рассмотрены современные невозмущающие методы диагностики быстропротекающих процессов на основе лазерных измерительных систем, микроволновой интерферометрии и синхротронного излучения. Применимость методов проиллюстрирована конкретными результатами исследований.
Монография адресована научным и инженерно-техническим работникам, занимающимся исследованиями в области физики высоких плотностей энергии, высокоскоростного соударения, действия взрыва на окружающую среду, прочности и разрушения твердых тел, а также аспирантам и студентам старших курсов, специализирующимся в области теоретической и экспериментальной механики.

Категории: ,

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Основные положения механики сплошных деформируемых сред Б. Л. Глушак

1.1. Напряженно-деформированное состояние твердого тела
1.2. Уравнение состояния твердого тела
1.3. Модели пластического деформирования твердых тел
1.4. Уравнения одномерного движения сжимаемых сред. Основные соотношения на ударном разрыве
1.5. Взаимодействие волн. Произвольный разрыв
1.6. Ударные волны и волны расширения в твердых телах
1.7. Плоские стационарные детонационные волны
Список литературы к главе 1

ГЛАВА 2. Методы и устройства для создания интенсивных ударных и безударных нагрузок М. В. Жерноклетов

2.1. Метательные устройства ствольного типа
2.1.1. Пороховые пушки
2.1.2. Пневматические установки (ПУ)
2.1.3. Двухступенчатые легкогазовые установки (ЛГУ)
2.1.4. Специализированные ствольные установки ИФВ РФЯЦ-ВНИИЭФ
2.2. Взрывные метательные устройства
2.3. Электрические и электромагнитные ускорители
2.4. Комбинированные ускорители
2.5. Применение источников излучения для генерации ударных волн в твердых телах
2.6. Устройства для сохранения ударно-сжатых веществ
2.6.1. Плоское динамическое нагружение
2.6.2. Цилиндрическая схема нагружения
2.6.3. Сферическое обжатие ампул сохранения
2.7. Установки и устройства для изоэнтропического и квазиизоэнтропического сжатия веществ
2.7.1. Z-машина
2.7.2. Магнитокумулятивный генератор ВНИИЭФ МК-1
2.7.3. Квазиизоэнтропическое сжатие газов в цилиндрических и сферических устройствах
Список литературы к главе 2

ГЛАВА 3. Регистрация быстропротекающих процессов в динамических исследованиях Ю. В. Батьков, В. А. Борисенок, С. И. Герасимов, М. В. Жерноклетов, В. А. Комрачков, А. К. Музыря

3.1. Дискретные методы измерения волновых и массовых скоростей
3.1.1. Электроконтактные датчики
3.1.2. Пьезоэлектрические и сегнетоэлектрические отметчики времени
3.1.3. Метод вспыхивающих зазоров
3.1.4. Электрооптическая методика
3.1.5. Лазерный измеритель волновой скорости (ЛИВС)
3.1.6. Метод оптического рычага
3.1.7. Метод замкнутых контактов
3.2. Методы непрерывной регистрации профилей скорости движения вещества
3.2.1. Емкостный датчик
3.2.2. Магнитоэлектрический метод
3.2.3. Электромагнитный метод
3.2.4. Индукционный метод
3.3. Методы непрерывной регистрации профилей давления
3.3.1. Пьезоэлектрические датчики давления
3.3.1.1. Кварцевый датчик
3.3.1.2. Пьезополимерный датчик
3.3.2. Пьезорезистивные датчики давления
3.3.3. Диэлектрические датчики давления
3.3.4. Поляризационные датчики давления
3.4. Метод импульсной рентгенографии
3.4.1. Постановка рентгенографических экспериментов
3.4.2. Применение метода импульсной рентгенографии
Список литературы к главе 3

ГЛАВА 4. Определение ударных адиабат и изоэнтроп расширения М. В. Жерноклетов

4.1. Определение ударных адиабат
4.1.1. Метод откола
4.1.2. Метод торможения
4.1.3. Метод отражения
4.1.4. Адиабата двукратного сжатия
4.1.5. Требования, предъявляемые к экспериментам
4.2. Регистрация изоэнтроп расширения веществ из состояний после ударного сжатия
4.2.1. Метод преград
4.2.2. Метод изобарического расширения
4.2.3. Регистрация ударно-индуцированного испарения с использованием лазерной интерферометрии
4.2.4. Регистрация структуры центрированных волн разрежения
4.3. Скорость звука в ударно-сжатом веществе
4.3.1. Метод боковой разгрузки
4.3.2. Метод догоняющей разгрузки
4.3.3. Индикаторный метод измерения скорости звука
4.3.4. Измерение скорости звука внутренними датчиками
4.3.5. Измерение скорости звука с использованием лазерных интерферометрических систем
4.4. Классификация ударных адиабат по способам обработки экспериментальных данных
4.5. Полуэмпирические уравнения состояния
Список литературы к главе 4

ГЛАВА 5. Исследование фазовых превращений В. А. Борисенок, Б. Л. Глушак, М. А. Мочалов

5.1. Полиморфные превращения в ударных волнах
5.2. Ударные волны разрежения в средах, претерпевших полиморфный переход
5.3. Плавление твердых тел на ударных волнах и изоэнтропах разгрузки
5.4. Испарение ударно-сжатых твердых тел при расширении
5.5. Фазовые превращения второго рода в ударных волнах
5.6. Электропроводность ударно-сжатых материалов
5.7. Электропроводность ударно-сжатых пьезо- и сегнетоэлектриков
Список литературы к главе 5

ГЛАВА 6. Динамическая прочность материалов Ю. В. Батьков, Б. Л. Глушак, В. А. Огородников, О. А. Тюпанова

6.1. Методы исследования сдвиговой прочности
6.1.1. Сравнение ударной адиабаты и изотермы кривой всестороннего сжатия
6.1.2. Регистрация затухания ударной волны
6.1.3. Регистрация профилей напряжения
6.1.4. Метод измерения главных напряжений
6.1.5. Самосогласованный метод
6.1.6. Метод Тейлора
6.1.7. Измерение параметров упругого предвестника
6.2. Динамический предел текучести материалов в ударных волнах
6.2.1. Упругий предвестник и динамическая прочность материалов
6.2.2. Сдвиговая прочность ударно-сжатых металлов
6.2.3. Сдвиговая прочность ударно-сжатых неметаллов
6.2.4. Метод Тейлора
6.3. Методы исследования откольного разрушения
6.3.1. Способы реализации импульсных растягивающих напряжений
6.3.2. Регистрация откольного разрушения, определение параметров разрушающих напряжений
6.3.3. Металлографическое исследование зоны откольного разрушения
6.3.4. Эволюция поврежденности при действии волн сжатия
6.4. Откольная прочность конструкционных материалов
6.4.1. Откольная прочность металлов
6.4.2. Откольная прочность полимеров и ВВ
6.5. Критерии откольного разрушения
6.5.1. Критерии предельного состояния
6.5.2. Энергетическая концепция откольного разрушения
6.5.3. Кинетические модели разрушения
6.6. Методы исследования динамической вязкости
6.6.1. Метод свободных затухающих колебаний оболочек
6.6.2. Оценки вязкости по ширине фронта ударной волны
6.6.3. Оценки вязкости по зависимостям сопротивления материалов деформированию при сжатии в ударных волнах и растяжении при отколе
6.6.4. Оценки вязкости металлов с помощью методики фиксированных линий
6.6.5. Оценки вязкости по измерению скорости движения в жидкости цилиндрических тел
6.6.6. Оценки вязкости по развитию возмущений на ФУВ
6.6.7. Определение вязкости в осе- и центрально-симметричных нестационарных течениях
Список литературы к главе 6

ГЛАВА 7. Определение температуры и оптических свойств ударно-сжатых материалов М. В. Жерноклетов, М. А. Мочалов

7.1. Оптическое излучение и его характеристики
7.1.1. Оптический диапазон
7.1.2. Основные свойства оптического излучения
7.2. Тепловое излучение
7.2.1. Закон Кирхгофа
7.2.2. Излучение черного тела
7.2.3. Законы излучения черного тела
7.2.4. Излучение реальных тел
7.2.5. Условные температуры
7.3. Оптические материалы для физических исследований
7.3.1. Оконные материалы
7.3.2. Фильтры
7.4. Основы оптического измерения температуры
7.4.1. Фотографических метод
7.4.2. Фотоэлектрический метод
7.5. Пирометры для регистрации излучения
7.5.1. Одноканальных пирометр
7.5.2. Фотоэлектрический пирометр
7.5.3. Оптико-электронный пирометр
7.5.4. Эталонные источники излучения
7.6. Температура ударно-сжатых материалов
7.6.1. Металлы
7.6.2. Ионные кристаллы
7.6.3. Сжиженные инертные газы: аргон, ксенон и криптон
7.6.4. Жидкий азот
7.6.5. Галогенпроизводные метана
7.6.6. Оксид магния
7.6.7. Расчетное определение температуры ударно-сжатых металлов по результатам D–u-измерений
7.7. Альтернативные методы регистрации температур
7.7.1. Нейтронная резонансная спектроскопия
7.7.2. Комбинированные методы
7.7.2.1. Рамановская спектроскопия и пирометрия
7.7.2.2. Определение линии плавления по измерениям температуры и коэффициента отражения
7.8. Исследование оптических свойств
7.8.1. Коэффициент отражения света
7.8.2. Показатель преломления оптически прозрачных материалов
7.8.3. Коэффициент поглощения света
Список литературы к главе 7

ГЛАВА 8. Определение параметров детонации и работоспособности продуктов взрыва твердых взрывчатых веществ В. М. Бельский, М. В. Жерноклетов

8.1. Исследование процесса инициирования детонации
8.1.1. Методы сравнения
8.1.2. Оптический метод клин-теста
8.1.3. Метод торможения границы раздела
8.2. Формирование детонационного режима
8.2.1. Влияние амплитуды и профиля инициирующего импульса
8.2.2. Регистрация процессов инициирования методом импульсной рентгенографии
8.2.3. Характер развития химической реакции за фронтом ударной волны
8.3. Экспериментальное определение параметров нормальной детонационной волны
8.3.1. Измерение скорости детонации
8.3.2. Метод откола
8.3.3. Метод замкнутых контактов
8.3.4. Магнитоэлектрический метод регистрации массовой скорости
8.3.5. Рентгенографический метод
8.3.6. Определение параметров Жуге с использованием лазерных измерительных систем
8.3.7. Метод преград
8.3.8. Уравнения состояния ПВ
8.4. Определение критического диаметра детонации
8.5. Бризантность, работоспособность (фугасность) и метательная способность взрывчатых веществ
8.5.1. Бризантное действие взрыва
8.5.2. Определение общей работы взрыва
8.5.3. Определение метательного действия ВВ
Список литературы к главе 8

ГЛАВА 9. Лазерные доплеровские измерительные системы и их применение в ударно-волновых исследованиях А. Л. Михайлов, А. В. Федоров

9.1. Теоретическая основа интерферометрических методов измерения скорости
9.2. Основные интерферометрические системы
9.2.1. Интерферометр смещения
9.2.2. Лазерный дифференциальных интерферометр
9.2.3. Оптически симметричные интерферометры VISAR и ORVIS
9.2.4. Лазерный интерферометр Фабри – Перо
9.2.5. Генератор зондирующего излучения
9.3. Особенности регистрации скорости контактной границы
9.4. Многоканальные интерферометрические системы
9.4.1. Многоканальный лазерный интерферометрический метод PDV
9.5. Применение лазерных интерферометрических систем в ударно-волновых исследованиях
9.5.1. Исследование параметров детонационных волн
9.5.2. Затухание упругого предвестника
9.5.3. Откольная прочность материалов
9.5.4. Хрупкое разрушение металлов на сдвиговых деформациях
9.5.5. Исследования изменения коэффициента преломления в прозрачных материалах
9.5.6. Определение размера частиц при их торможении в газе
9.5.7. Регистрация эффекта многократного сдвига частоты доплеровского сигнала
9.5.8. Регистрация скорости и удельной массы потока частиц с поверхности металлов
9.5.9. Определение параметров начала плавления металлов на волне разгрузки
Список литературы к главе 9

ГЛАВА 10. Микроволновая диагностика Е. Н. Богданов, А. Л. Михайлов

10.1. Принцип работы радиоинтерферометра
10.2. Примеры исследований микроволновым методом
10.2.1. Распространение детонации в зарядах взрывчатых веществ
10.2.2. Ударно-волновая сжимаемость диэлектриков
10.2.3. Исследование плазмы ударно-сжатого аргона
Список литературы к главе 10

ГЛАВА 11. Исследование газодинамических процессов с использованием синхротронного излучения М. В. Антипов, А. Л. Михайлов, И. А. Спирин

11.1. Сведения о синхротронном излучении
11.2. Использование синхротронного излучения во взрывных экспериментах
Список литературы к главе 11

ГЛАВА 12. Теневая фоторегистрация динамических процессов С. И. Герасимов

12.1. Теневое фотографирование в расходящемся пучке лучей
12.2. Теневой фоновый метод (ТФМ)
12.2.1. Визуализация ударных волн с помощью ТФМ
12.2.2. Измерение параметров ударных волн
Список литературы к главе 12