Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
Пластическая дефор- кание
мация Пробивание
Разрушение
Разбиение на мелкие
осколки 114
Г лава 2
Высоконапорные водоструйные установки имеют много преимуществ перед обычными буровыми машинами [68, 127]. Их применение позволяет уменьшить концентрацию угольной пыли в воздухе и практически полностью устранить опасность взрыва. Они гораздо менее шумные, что положительно сказывается на условиях труда операторов. Кроме того, благодаря эрозионному действию высоконапорные водяные струи имеют более высокую производительность по сравнению с обычными шахтными машинами.
Крупные и мелкие метеориты всегда представляли опасность для космических аппаратов. В прошлом была проделана большая работа по изучению физики соударения со сверхвысокими скоростями и выбору оптимальной конструкции противометеоритной защиты для космических аппаратов. Об этом подробно говорится в гл. 4. Рост интереса к использованию космического пространства для развития ряда производств и фундаментальных исследований вновь поставил вопросы защиты пилотируемых и беспилотных космических аппаратов от ударов метеоритов, движущихся со сверхвысокими скоростями.
На рис. 3.1 показаны снаряды часто встречающихся форм. Масса снарядов может изменяться от сотен килограммов (турбинные лопатки или обломки маховиков) до долей грамма (вторичные осколки, образующиеся при соударении тел с большими скоростями). Они могут состоять из одного или нескольких материалов (табл. 3.2). В зависимости от относительной прочности и плотности материалов снаряда и мишени снаряд после столкновения с преградой может остаться целым (рис. 3.2), подвергнуться пластической деформации (рис. 3.3), расколоться или развалиться на части (рис. 3.4).
Практически любой неподвижный или движущийся предмет может стать мишенью. Поскольку для многих материалов воздействие удара при скоростях более 500 м/с является сильно локализованным, при тео-
г де
Рис. 3.1. Примеры снарядов.
а-бронебойный снаряд; б-снаряд со стабилизатором и отбрасываемым поддоном; e-снаряд калибра 12,7 мм; г-твердые тела правильной формы; д- осколки неправильной формы; е-имитаторы осколков. / -бронебойный наконечник; 2-стабилизатор; 5-поддон; 4-проникающий корпус; 5-сердечник из хромомо-
либденовой стали. Проникание и пробивание твердых тел_115
Рис. 3.2. Пробивание мишени с образованием пробки. (С разрешения С. Граба-
река и А. Риччиацци.)
Снаряд: инструментальная сталь S7, Hb= 555, масса 7,78 г, удлинение 10; мишень: алюминий 1100F, толщина
12,7 мм.
Таблица 3.3. Характеристики мишеней
Толщина_ГеометРия_Форма_
Малая Плоская
Однослойная Криволинейная
Многослойная Неправильная
Из нескольких пластин, разделенных промежутками Промежуточная
Преграды Большая Грунт
Глубокая вода Преграды большой толщины
Типичные материалы
Твердые и мягкие металлы Песок
Бетон Снег
Керамика Пластики
Скальный грунт Дерево 116
Г лава 2
Jfp coijijaL гния It г 733 м/с :
At/ti
nr к б:
Vr -- и?Ь м/с ; Atr * 9; (Для осьолхов Vr-561- 1107 м/с)
Рис. 3.3. Пластическая деформация снаряда в процессе проникания. (С разрешения С. Грабарека и А. Риччиацци.)
Снаряд мягкая сталь 1020, масса 15,55 г, удлинение 10, мишень мягкая сталь 1020, толщина 6,35 мм Соударение происходит по нормали к поверхности мишени
Рис. 3.4. Деформация стержня и его дробление при соударении
большими углами.
с мишенью под Проникание и пробивание твердых тел
117
ретических или экспериментальных исследованиях можно ограничиться рассмотрением лишь небольшой части мишени. Но и при этом упрощении геометрия мишеней все равно остается сложной (табл. 3.3). Мишени состоят практически из тех же материалов, что и снаряды. Это-твердые и мягкие металлы, бетон, керамика, скальный грунт, песок, глина, снег, пластмассы, дерево, вода и прочие материалы.
3.1.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СОУДАРЯЮЩИХСЯ ТЕЛАХ
Рассмотрим процессы, происходящие в снаряде и мишени во время соударения. Для целей нашего обсуждения достаточно считать, что снаряд представляет собой длинное цилиндрическое тело с конической, оживальной, полусферической или плоской передней частью. При попадании такого снаряда в мишень в обоих телах образуются и распространяются сильные волны сжатия. Если скорость соударения достаточно велика, возникающие и распространяющиеся внутрь снаряда от его свободных боковых поверхностей волны разгрузки, пересекаясь вблизи оси снаряда, будут создавать зону высоких растягивающих напряжений. В этой зоне в достаточно хрупких материалах, таких, как высокопрочные стали, может произойти разрушение. Этот эффект проявляется сильнее, если в материале снаряда вблизи его продольной оси имеются поры или другие неоднородности. Если снаряд попадает в преграду по нормали к ее поверхности, то развивается двумерное напряженное состояние. При ударе под углом к нормали задача усложняется, так как в результате асимметричного нагружения возникают изгибающие напряжения. При определенном сочетании формы снаряда, характеристик материалов снаряда и мишени, а также скорости соударения совместное действие изгибающих и растягивающих напряжений может привести к разрушению снаряда или рикошету.
