Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
В программе BFRACT учтено зарождение разрушения только под действием растягивающих напряжений или деформаций сдвига, возникающих в результате прохождения ударной волны. (Эти разрушения могут затем развиваться как под действием растягивающих напряжений, так и под действием давления газа в трещинах.) Первоначально планировалось, следовательно, что параметры модели BFRACT будут определяться из экспериментов, в которых распространение трещин происходило только под действием растягивающих напряжений, возникающих после прохождения ударной волны, чтобы отделить эффекты растягивающих напряжений от эффектов проникания газа. Чтобы определить действие растягивающих напряжений без проникания газа, в трех экспериментах внутрь высверленного отверстия помещали тонкие (0,15 мм) стальные оболочки, не пропускавшие продуктов детонации. Датчики давления между туфом и оболочкой измеряли передаваемое туфу давление, которое использовалось в расчетах. В целях сравнения и для определения распределения трещин в результате проникания газа проводились также эксперименты со стеклянным вкладышем. Последний предохранял BB от содержащейся в туфе воды, но разрушался после детонации BB и позволял продуктам детонации проникать в трещины.
В каждом случае в качестве BB использовался тетранитрат пентаэри-трита (PENT) в пластмассовых соломках, установленных в просверленном отверстии; детонирование осуществлялось взрывающейся проволокой. Заряды заделывались с обеих сторон пробками из оргстекла на эпоксидной смоле, а на отверстие в цилиндре эпоксидной смолой наклеивалась плита из оргстекла толщиной 1,9 см.
В каждом эксперименте образец вставляли в корпус соленоида, размещенный в сосуде, в котором создавалось давление. Магнитное поле соленоида было необходимо для работы датчиков скорости частиц. Сосуд наполняли легким маслом, закупоривали и с помощью сжатого азота через масло на образец передавали ограничивающее давление 7 МПа.
После детонации PETN ограничивающее давление снимали. Затем образец извлекали из сосуда, разделяли на части и фотографировали. Показания датчиков пересчитывали для получения из зависимостей Динамическое разрушение
283
электрического напряжения от времени зависимостей механического напряжения и скоростей частиц от времени.
Чтобы получить первые оценки параметров модели BFRACT, наблюдаемые распределения повреждений затем сравнивали с рассчитанными и измеренными зависимостями напряжений и деформаций от времени, подобно тому как это описано для случая полос сдвига. Затем производилось итеративное численное моделирование для уточнения параметров и улучшения соответствия между рассчитанными и наблюдаемыми уровнями повреждения. Окончательные значения параметров приведены в табл. 6.1.
Применение для описания полевых экспериментов. В 1978 г. «Сандиа лабораториз» (Альбукерке, шт. Нью-Мексико) был проведен ряд полевых экспериментов в вулканическом туфе на полигоне в шт. Неваде [23, 24]. Кратко можно сказать, что «Сандиа» были выполнены три испытания с использованием метода дробления газом: GFl (с использованием медленно горящего топлива), GF2 (со средней скоростью горения) и GF3 (с высокой скоростью горения). После каждого эксперимента участок вокруг буровой скважины раскапывался, чтобы обнажить картину разрушений. Хотя имелись изменения в характере разрушений вдоль скважины, можно было получить относительно надежные численные данные для сравнения трех испытаний по плотностям трещин, их длинам и ориентации.
Число трещин и их длины в каждом испытании определяли тем же методом, что и в лабораторных взрывных экспериментах. Объем, в пределах которого возникали трещины, также определяли по методике лабораторных экспериментов, т.е. по задаваемому на стенке скважины давлению выполняли расчеты с целью определения распространения зоны растягивающих напряжений. Трудности наблюдения картины разрушений приводят к неоднозначности измерения плотности трещин-истинная плотность может отличаться примерно в 2 раза от измеренной. Тем не менее три различные истории нагружения буровой скважины приводят к явно различным картинам разрушений и, следовательно, представляют собой критический тестовый материал для модели BFRACT.
Численное моделирование трех упомянутых выше полевых экспериментов осуществлялось по программе BFRACT с использованием полученных в лабораторных испытаниях параметров из табл. 6.1. В этих расчетах учитывались как растягивающие напряжения, так и давление газа в трещинах. Несколько модельных вариантов расчетов было выполнено для оценки действия градиента давления газа в трещинах (который не измерялся в испытаниях) на процесс разрушения; свойства материала в этих вариантах не изменялись. В то время как рассчитанные длины трещин изменялись при учете градиента давления в газе, плотности трещин оставались при этом неизменными. Таким образом, эти полевые испытания явились серьезной проверкой способности модели BFRACT предсказывать разрушения среды по данным лабораторных испытаний. 284
Г лава 2
10'
11
Із
