Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
ё Метод нагружения Результат
TO8 >12 км/с Взрывное соударение. Сталкивающиеся твердые тела испаряются
IO6 3-12 км/с Ускорение взрывом Твердые тела ведут себя как жидкости, сжимаемостью пренебречь нельзя
1-3 км/с Пороховые пушки, легкогазовые пушки Твердые тела ведут себя как жидкости. Давление приближается к пределу прочности или превосходит его. Основной параметр-плотность.
10* 0,5 -1км/с Пороховые пушки Прочность материала существенна. Сильно проявляется его вязкость
Wz 50-500 м/с Механические устройсг-ва,пневматическиепушки Преобладают пластиче-ские деформации
Ю° <50/и/с Механические устройства, пневматические пушки Преобладают упругие деформации. Имеются местные пластические деформации 112
Г лава 2
тривать лишь как ориентировочные. Границы их весьма неопределенны, поскольку процессы деформирования под действием ударных нагрузок, помимо скорости соударения, зависят от множества других параметров.
Для полного описания динамики соударения твердых тел необходимо учитывать их форму, распространение упругих, пластических и ударных волн, гидродинамическое течение материала, конечные деформации и деформирование, упрочнение, тепловые эффекты и влияние трения, а также возникновение и распространение зон разрушения в материале соударяющихся тел. Теоретический подход был бы здесь не только в высшей степени громоздким, но и потребовал таких сведений о поведении материалов в условиях нагружения с большими скоростями деформации, которые прйктически получить невозможно. Поэтому большая часть исследований в этой области ведется экспериментальными методами.
Проникание можно определить как вход тела в мишень без сквозного пробивания последней [20]. В общем случае метаемое тело застревает в мишени, и в ней образуется воронка. Если снаряд отскакивает от поверхности мишени или проникает в нее по криволинейной траектории, а затем выходит из нее с меньшей скоростью, то такое явление называется рикошетом. В противоположность этому при пробивании снаряд насквозь проходит мишень. Характерная продолжительность процессов проникания и пробивания-от нескольких микросекунд до сотен микросекунд. Обычно и мишени, и снаряды в процессе соударения сильно деформируются.
В данной главе рассматриваются главным образом явления, сопровождающие проникание и пробивание твердых тел в промежуточном диапазоне скоростей (0,5-2 км/с). Основные принципы изучения соударений при малых скоростях, рассматриваемые с точки зрения волновой динамики, излагаются в ряде работ и обзоров [50, 53, 55, 72, 82]. Соударениям со сверхвысокими скоростями (3-12 км/с) посвящена гл. 4. Эти явления также подробно обсуждались на целом ряде симпозиумов [1-6, 8], и им посвящены обзорные статьи [38, 65, 67, 72, 81, 108, 128, 137]. Поскольку в данной главе основное внимание сосредоточено на реакции материала на удар (времена нагружения и реакции менее 1 мс), вопросы динамики конструкций, такие, как реакция брусьев, пластин и оболочек на импульсное нагружение, остались за пределами рассмотрения. Этим вопросам посвящены обзоры [72, 76-79, 96, 111, 122, 153], а также ряд других.
3.1. ПРОНИКАНИЕ И ПРОБИВАНИЕ
Любой метаемый предмет можно рассматривать как снаряд. Наиболее известны снаряды, применяемые в военном деле, однако они составляют лишь небольшую часть всех возможных снарядов. При разрушении зданий, построенных из предварительно напряженного бетона, в результате быстрой разгрузки и отражения волн сжатия от свободных поверхностей могут образоваться осколки. Скорость бетонных или Проникание и пробивание твердых тел
113
стальных осколков может достигать 100 м/с, и они превращаются в смертоносные снаряды [74].
Телефонные столбы, автомобили и всевозможные обломки, которые несет ураган, а также падающий самолет при столкновении с силовой оболочкой ядерного реактора могут привести к ее разрушению. Подобным же образом обломки вышедших из строя промышленных агрегатов, например турбинные лопатки и трубы, могут превратиться в высокоскоростные снаряды неправильной формы, которые надо либо задержать, либо отклонить в безопасном направлении. Многократные удары водяных капель, частиц льда и песка представляют большую опасность для высокоскоростных самолетов и космических аппаратов, входящих в атмосферу. В частности, хорошо известна эрозия турбинных лопаток под действием капель воды, конденсирующейся в потоке высоконапорного пара [30].
Таблица 3.2. Характеристики снарядов
Конфигурация
Основная форма Сплошной стержень Форма передней Конус
Шар части Оживало
Пустотелая оболочка Полусфера
Твердое тело непра- Прямой круговой
вильной формы цилиндр
Материал
Плотность Малая дерево, пластики, керамика, алюминиевые сплавы Средняя сталь, медь Большая свинец, вольфрам
Характеристики
движения
Траектория Прямолинейная Условия По нормали к ми-
(устойчивая) соударения шени
Криволинейная
(устойчивая)
С кувырканием (неус-
тойчивая)
Состояние после
соударения
Форма Тело не деформирова- Положение Рикошет
но Частичное прони-
