загрузка...

трусы женские
загрузка...
Реферати » Реферати фізика » Ударні хвилі

Ударні хвилі

Зміст

Введення ...... ... ..................................... ......... .................. ... 3

1.Состояніе речовини при високих тисках і температурах..4
1.1. Методи реалізації високопараметріческіх навантажень ... .. ... 4
1.2.Закони збереження ...................................................... ... 5
1.3.Уравненія стану речовини. .................................. ... ..7

2. Ударні хвилі в твердих тілах ........................... ............ .9
2.1. Поведінка твердого тіла при ударно-хвильовому нагруженіі.9
2.2. Моделі ударного стиснення для суцільних середовищ .................. .14
2.3. Фазові перетворення в твердих тілах при ударно-хвильовому навантаженні ..................................................................... 15

Висновок .................. ................................................... 24

Література .................................................................. ... .25

Введення

В успішному розвитку космічної та авіаційної техніки, енергетики, хімії, сучасного машинобудування, а також фізики ударних хвиль величезне значення мають фундаментальні дослідження бистропротекающих процесів.
Теоретичні та експериментальні дослідження в цій галузі необхідні для розробки методів вирішення різноманітних динамічних задач, пов'язаних з ударноволнового нагружением гомогенних і гетерогенних, газоподібних, рідких і твердих середовищ, для вивчення та практичного застосування процесів розповсюдження ударних хвиль в твердих тілах, для аналізу електромагнітних явищ, що мають місце при ударі і вибуху. Далі будемо розглядати речовини при високих тисках і температурах, що виникають в результаті ударно-хвильового навантаження.

1. Стан речовини при високих тисках і температурах.
1.1. Методи реалізації високопараметріческіх навантажень.

Існування потужних джерел імпульсного навантаження твердих, рідких і газоподібних середовищ визначає можливість вирішення великого класу задач, специфіка яких полягає в нестаціонарності процесу руху суцільних і пористих, гомогенних і гетерогенних середовищ при екстремальних значеннях концентрації енергії. Такі ситуації реалізуються в ближній зоні дії вибуху, при високошвидкісному співударі твердих тіл, при вибуховому випаровуванні різних матеріалів під дією лазерного випромінювання, а також деяких інших ситуаціях.

Традиційні методи дослідження властивостей речовини в статичних умовах
(судини високого тиску, термокамери) обмежуються тисками порядку
100ГПа (алмазні ковадла) і температурами близько 3000 К в силу обмежень за умовами міцності установки і появи ефектів термічного разупрочнения. Тому в даний час єдиним способом дослідження явищ, супроводжуючих поведінку різних середовищ при тисках
104 ГПа, температурах до 106 К і часах 10-3 ... 10-9с, є експериментальні методи імпульсного навантаження.

Імпульсні методи отримання високої щільності енергії можна умовно розбити на два напрямки: методи, засновані на використанні ударних хвиль, і методи, які використовують високі щільності електромагнітної енергії. До першої групи методів можна віднести нагружение: продуктами детонації, що формується під час вибуху конденсованих вибухових речовин в газоподібних, рідких і твердих середовищах; різного типу ударних трубах; ударниками, розганяли в легкогазових гарматах, електромагнітними і деякими іншими методами. До другої групи методів можна віднести процеси, що мають місце при взаємодії потужного лазерного випромінювання з речовиною (при якому досягаються електромагнітні поля до 108 В / см і щільності потоку випромінювання порядку 1017 Вт / см2) і при кумуляції електромагнітної енергії різними способами, серед яких особливий інтерес представляє кумуляция електромагнітної енергії за допомогою вибухових магнітокумулятівних генераторів, що дозволяють створювати магнітні поля порядку декількох десятків МЕ.

1.2. Закони збереження.

Математично фізичні явища, що супроводжують імпульсні високошвидкісні процеси, зазвичай задаються нестаціонарними рівняннями механіки суцільного середовища, записаними в класичній диференціальної формі і виражають закони збереження маси, імпульсу та енергії. При цьому фізичні і механічні властивості середовища описуються термодинамічними і реологическими моделями, тобто рівняннями стану і фізичними співвідношеннями. У переважній більшості випадків досить складно описати теоретично термодинамічні властивості речовини в умовах сильної нерівноважності і нестаціонарності, тому настільки широке поширення набуло використання експериментальних даних для визначення чисельних параметрів у функціональних залежностях.

Переважним останнім часом стало напрямок, головним завданням якого була побудова емпіричних і напівемпіричних рівнянь стану на основі результатів серійних експериментів. Особливо яскраво така тенденція проявлялася в галузі досліджень впливу на речовину імпульсних навантажень, пов'язаних з поширенням у досліджуваній середовищі ударних хвиль.

Під ударною хвилею (УВ) усвідомимо распространяющуюся з надзвуковою швидкістю тонку перехідну область, в якій відбувається різке збільшення щільності, тиску і швидкості речовини. Величина змін цих параметрів залежить від теплопровідності, в'язкості, а також від розміру зерен та ступеня однорідності матеріалу.

Використовуючи представлення механіки суцільних середовища, зону ударного переходу можна представити як геометричну поверхню, на якій терплять розрив функції параметрів, що характеризують стан і рух цього середовища. В цьому випадку говорять про розрив нульового порядку. Якщо самі функції та їх похідні до (n-1)-го порядку неперервні, а n-е похідні терплять розрив, то говорять про розрив n-ого порядку.

Проходження ударної хвилі через речовину може призводити до зміни його фізичного стану. Деякі зміни короткочасні і повинні вивчатися в процесі ударного навантаження, інші зміни залишкові і можуть бути вивчені в збереженому зразку.
У разі залишкових ударних ефектів більшість явищ (за винятком фазових перетворень) можна пояснити в термінах мікроскопічної пластичної деформації, виробленої ударною хвилею. Збільшення тиску і температури при проходженні ударного фронту може допомагати або перешкоджати виробництву даних ефектів.
Якщо поверхня розриву є гладкою, а швидкість її поширення
- безперервна і диференціюється функція часу і координат, то параметри середовища перед і за хвилею та їх похідні повинні задовольняти певним співвідношенням, які називають умовами сумісності. Розрізняють геометричні, кінематичні та динамічні умови сумісності. Якщо умови сумісності не виконуються, то відбудеться розпад розриву на два або більшу кількість розривів.

Використовуючи закони збереження маси, імпульсу і енергії в інтегральній формі, для нев'язкого газу в системі координат, пов'язаної з ударною хвилею, можна записати умови сумісності на ній у формі Ренкина-Гюгоньо:
D2 = V02 (p - p0) / (V0 - V),

(1.1) v = (p - p0) / (р0D) = {(p - p0) ( V0 - V)} 1/2,

(1.2)
E - E0 = 0,5 (p + p0) (V0 - V),

(1.3) де D - швидкість УВ; p0 - тиск, V0 - питомий об'єм, р0 - щільність, E0
- питома внутрішня енергія середовища перед фронтом УВ; p, v, E - те ж, за фронтом УВ; v - швидкість частинок середовища. Ці співвідношення дозволяють визначити параметри середовища за фронтом УВ, якщо відомі стан середовища перед хвилею і її швидкість розповсюдження.

Третьому рівнянню (1.3) відповідає крива, звана адіабати ударного стиснення або адіабати Гюгоньо; першого рівняння (1.1) для заданої швидкості УВ відповідає лінія Релея. Точка перетину лінії Релея з кривою Гюгоньо визначає кінцевий стан середовища за фронтом УВ, що відповідає закону збереження енергії.

1.3. Рівняння стану речовини.

Товщина фронту УВ в газах має порядок довжини вільного пробігу молекул, тобто практично можна знехтувати такою малою товщиною і з великою точністю замінити фронт УВ поверхнею розриву, вважаючи, що при проходженні через неї параметри газу змінюються стрибком. У найбільш простому випадку поширення УВ в скоєному газі ударна адіабата визначається за допомогою закону збереження енергії на фронті УВ (1.3) і рівняння стану досконалого газу:
E = pV / ((-1),

(1.4) де (= cp / cv - показник адіабати.
Використовуючи рівняння (1.3) і (1.4) отримаємо ударну Адіабата у вигляді: p / p0 = {( (+1) V0 - ((-1) V} / {((+ 1) V - ((-1) V0},

(1.5)
На відміну від газів для рідких і твердих середовищ отримати ударну Адіабата подібним чином не можна, так як рівняння їх стану зазвичай невідомі.
Тому в даний час ударні адіабати рідких і твердих середовищ визначають експериментально, а за відомою адіабаті вдається побудувати рівняння стану. Для цього тиск і повну енергію речовини (рідини або твердого тіла) необхідно представити у вигляді сум: p = px + pT + pe і E = Ex + ET + Ee,

(1.6) де px і Ex - пружні («холодні» ) компоненти тиску і внутрішньої енергії, обумовлені взаємодією частинок (атомів, молекул) при T = 0; pT і ET - теплові складові тиску і енергії, зумовлені тепловим рухом частинок; pe і Ee - електронні складові тиску і енергії, зумовлені тепловим збудження електронів при температурах порядку 104
К і тисках порядку 102 ГПа. При температурах T = (T) воно деформується пластично і при ((i = (В) досягає граничного стану, при якому можливе порушення суцільності середовища, і переходить в стадію руйнування.
Для процесів розповсюдження ударних хвиль в металах найбільший інтерес представляє динамічна стисливість. Вільну енергію твердого тіла можна представити у вигляді двох доданків: F = U0 (V) + UD (V, T), де U0 (V) - енергія взаємодії атомів тіла при нульових коливань; UD (V , T) - енергія коливального руху атомів тіла при T> 0 К в наближенні Дебая.
Тоді можна отримати рівняння стану Мі -
Грюнайзена: p = - (dU0 / dV) + Г UD / V.

(2.3)
Прирощення внутрішньої енергії (E при ударному навантаженні твердого тіла характеризується площею, обмеженою кривою аb (рис.1 ). Частина енергії
(U0, якої в координатах pV відповідає площа, обмежена кривою
«холодного» стиснення px (V), є пружною складової і не пов'язана з зміною температури матеріалу. Різниця (UD = (E - (U0 визначає прирощення теплової енергії, яка витрачається на нагрівання матеріалу при адіабатичному стисканні. В металі, стисливому ударною хвилею, виділення теплоти викликає стиск металу до стану підвищеної щільності і пластичної деформації металу в умовах, близьких до адиабатическим з-За короткочасності процесу ударного стиснення.

Рис. 1. Діаграма ударного стиснення (Pг - адіабата Гюгоньо; px - крива
«холодного» стиснення при T = 0К)

Аналогічно внутрішньої енергії тиск на ударній адіабаті (2.3) можна представити у вигляді двох доданків: пружного («холодного» ) px і теплового pT тисків.

Сторінки: 1 2 3 4
загрузка...
ur.co.ua

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар