Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
За волной сжатия в материале мишени сразу же следует волна разгрузки. Когда начальная волна сжатия достигает свободной поверхности мишени, образуется еще одна волна разгрузки. При определенном сочетании величины напряжения (растягивающего) и продолжительности его действия, превышающем критическое значение для материала мишени, последняя начинает разрушаться.
На рис. 3.5 показано, как разрушаются твердые тела при соударении с артиллерийскими скоростями при больших углах между нормалью к плоскости мишени и направлением полета снаряда. Плиты катаной гомогенизированной броневой стали (RHA) толщиной 25,4 мм крепились под углом 60° к направлению стрельбы. В них стреляли цилиндрическими стержнями из инструментальной стали S7. Стержни имели массу 65 г, а их удлинение (L/D) равнялось 10. При попадании в мишень с предельной баллистической скоростью (т.е. с минимальной скоростью, необходимой для пробивания мишени навылет), равной в данном случае 1202 м/с (фото в левом верхнем углу рис. 3.5), стержень полностью разрушался и застревал в мишени. При этом он производил значительные разрушения на лицевой стороне мишени, а траектория его 118
Г лава 2
Снаряд до эксперимента _ 3
Рис. 3.5. Мишени в разрезе и уцелевшие после пробивания части снарядов [89].
Снаряд: инструментальная сталь S7, масса 64,3 г, диаметр 1,02 см, удлинение 10; мишень: гомогенизированная броневая сталь RHA, толщина 25,4 мм, угол между направлением полета снаряда и нормалью к мишени
60°.
Mr - остаточная масса снаряда; Д-потеря массы мишени.
движения внутри мишени резко искривлялась, поворачиваясь почти на 60° в направлении нормали к тыльной поверхности мишени. С ростом скорости соударения все большая часть стержня оставалась неразрушенной, а повреждения мишени становились все более ярко выраженными. Отклонение снаряда от начального направления движения убывало до тех пор, пока при скорости, превышающей баллистический предел в 1,5 раза, траектория снаряда переставала отклоняться от начального направления. С ростом скорости соударения часть снаряда, не разрушившаяся после соударения (остаточная масса), увеличивалась и достигала максимума при скорости соударения, превышавшей баллистический предел примерно на 20%. При дальнейшем увеличении скорости соударения остаточная масса снаряда убывала.
Наиболее удобна система классификации мишеней, предложенная в работе [20]. Мишень называется Проникание и пробивание твердых тел
119
полубесконечной, если ее тыльная поверхность не влияет на процесс проникания;
толстой, если влияние тыльной поверхности сказывается лишь после того, как снаряд пройдет в материале мишени значительное расстояние;
промежуточной толщины, если тыльная поверхность мишени оказывает значительное влияние на процесс деформации в течение почти всего времени движения снаряда в материале мишени;
тонкой, если напряжения и деформации постоянны по толщине мишени.
Материалы сталкивающихся тел могут разрушаться по-разному. Действительный механизм разрушения зависит от таких переменных, как свойства материала, скорость соударения, форма снаряда, способ крепления мишени и относительные размеры снаряда и мишени. На рис. 3.6, заимствованном из работ [17, 20], показаны некоторые основные типы разрушения тонких мишеней и мишеней промежуточной толщины. Хотя один из типов разрушения может быть доминирующим, чаще встречаются их комбинации.
Откол, т.е. разрушение под действием растягивающих напряжений, возникающих при отражении начальной волны сжатия от тыльной поверхности пластины конечной толщины,-обычное явление при взрывных или ударных нагружениях, в особенности материалов, лучше работающих на "сжатие, чем на растяжение. Развитый откол внешне выглядит аналогично, однако в этом случае разрушение обусловлено большими деформациями и форма поверхности откола определяется
а г
б 9
а - хрупкое разрушение; б - разрушение с образованием радиальных трещин; в - дробление; г - пластическое расширение отверстия; д-выбивание пробки; е-образование лепестковой пробоины.
Рис. 3.6. Виды разрушения мишеней [17]. 120
Г лава 2
локальными неоднородностями и анизотропией материала. Сколовое разрушение происходит, когда напряжения в начальной волне превышают предел прочности материала, и наблюдается в мишенях из малопрочных и малоплотных материалов, тогда как образование радиальных трещин обычно для материалов, прочность которых на растяжение гораздо меньше их прочности на сжатие, например для керамики.
Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования были посвящены изучению пробивания мишеней с образованием пробки (рис. 3.2, 3.3). При попадании снаряда с затупленной или полусферической передней частью в мишень конечной толщины со скоростью, близкой к баллистическому пределу, из мишени выбивается почти цилиндрическая пробка, диаметр которой практически равен диаметру снаряда. В этом случае форма и движение снаряда таковы, что заставляют материал мишени смещаться в основном направлении движения снаряда. Отделение от мишени пробки может произойти по обычному механизму разрушения, т.е. путем возникновения пор и их роста при сдвиге или по другому механизму, известному как адиабатический сдвиг, для которого характерно развитие узких полос интенсивного сдвига. Обычно считают, что неустойчивость типа адиабатического сдвига развивается в месте концентрации напряжений в твердом теле, напряженное состояние которого в целом однородно. Работа пластической деформации почти полностью превращается в тепло, которое из-за высоких локальных скоростей деформации не успевает распространиться на существенное расстояние от зоны пластических деформаций (например, в работе [102] указывается, что скорости деформации сдвига в полосах адиабатического сдвига достигают IO7C-1, а температура IO5oC). В результате температура в зоне поднимается, это вызывает дополнительное пластическое течение и дальнейшую концентрацию локальных пластических деформаций. Развитие этого процесса приводит к распространению по материалу узкой полосы значительных пластических деформаций вдоль плоскостей максимальных напряжений сдвига или минимальной прочности материала до тех пор, пока не произойдет разгрузка или пока в материале не образуется сколовая трещина. При скоростях соударения, превышающих баллистический предел более чем на 3-10%, вместо одной пробки обычно образуется несколько осколков. Образование пробки при пробивании мишени весьма чувствительно к углу соударения и форме головной части снаряда.
