Экспериментальное исследование автомодельных закономерностей разрушения керамик при ударно-волновом нагружении
Автор: Банникова И.А., Уваров С.В., Наймарк О.Б.
Статья в выпуске: 3, 2015 года.
Бесплатный доступ
Исследуются статистические закономерности фрагментации керамических трубчатых образцов при динамическом нагружении, инициированном электрическим взрывом проводника (ЭВП), расположенным вдоль оси образца, погруженного в жидкость (дистиллированная вода). Амплитуда импульсного нагружения образцов в установке ЭВП регулировалась изменением энергии на емкостной батарее. Длительность разряда составляла 0,3-0,8 мкс. Фрагменты разрушенного образца собирались для дальнейшего анализа. Масса собранных фрагментов в среднем составляла 98 % от массы исходного образца. Размеры (масса) фрагментов разрушенного образца определялись двумя методами: «взвешивания» и «фотографии». Результаты, полученные обоими методами, хорошо согласуются. Фрагменты можно разделить на два класса: квазидвумерные (2D), для которых характерный размер фрагмента d* больше или равен толщине стенки трубки d, и трехмерные (3D), для которых характерный размер меньше толщины стенки. Обнаружено, что статистика распределения 3D-фрагментов описывается степенным законом распределения, где значение степени оставалось постоянным и не зависело от удельной энергии разрушения. В то же время распределение 2D-фрагментов описывалось экспоненциальной функцией. Показано, что точка излома в распределениях фрагментов смещается в сторону меньших масштабов с увеличением удельной энергии. Обосновывается предположение о существовании двух типов распределений: для фрагментов различных масштабов (экспоненциального и степенного) и характерного значения удельной энергии для образцов с отношением толщины трубки к внутреннему радиусу, меньшему единицы.
Электровзрыв проводника, керамика, фрагментация, автомодельные закономерности, экспоненциальный и степенной законы распределения
Короткий адрес: https://sciup.org/146211571
IDR: 146211571 | DOI: 10.15593/perm.mech/2015.3.03
Список литературы Экспериментальное исследование автомодельных закономерностей разрушения керамик при ударно-волновом нагружении
- Meibom A., Balslev I. Composite power laws in shock fragmentation//Physical Review Letters. -1996. -Vol. 76. -No. 14. -P. 2492-2494.
- Katsuragi H., Ihara S., Honjo H. Explosive fragmentation of a thin ceramic tube using pulsed power//Physical Review Letters. -2005. -Vol. 95(9), 095503. -P. 095503(1-4). DOI: DOI: 10.1103/PhysRevLett.95.095503
- Grady D. Fragmentation of rings and shells. -Springer -Verlag Berlin Heidelberg, 2006. Printed in Germany. -374 p.
- Давыдова М.М., Уваров С.В., Наймарк О.Б. Пространственно-временная масштабная инвариантность при динамической фрагментации квазихрупких материалов//Физ. мезомех. -2015. -Т. 18, № 1. -С. 100-107.
- Статистика осколков, образующихся при разрушении твердых тел взрывом/Э.А. Кошелев, В.М. Кузнецов, С.Т. Софронов, А.Г. Черников//ПМТФ. -1971. -№ 2. -С. 87-100.
- Fragmentation of shells/F.K. Wittel, F. Kun, H.J. Herrmann, B.H. Kröplin//Physical Review Letters. -2004. -Vol. 93. -No. 3. -P. 035504(1-4).
- Ching Emily S.C., Lui S.L., Xia Ke-Qing. Energy dependence of impact fragmentation of long. Glass rods//Physica A. -2000. -Vol. 287 -P. 83-90.
- Katsuragi H., Sugino D., Honjo H. Crossover of weighted mean fragment mass scaling in two-dimensional brittle fragmentation//Physical Review E. -2004. -Vol. 70(62), 065103. -Р. 065103/1-065103/4. DOI: DOI: 10.1103/PhysRevE.70.065103
- Mott N.F. A theory of the fragmentation of shells and Bombs//Ministry of Supply. -1943. -No. A.C.4035.
- Mott N.F. Fragmentation of Shell Cases//Proc. Royal Soc. -1947. -Vol. 189. -No. 1018. -P. 300-308. DOI: DOI: 10.1098/rspa.1947.0042
- Davydova M., Uvarov S. Fractal lows for spatial and temporal variables of brittle fragmentation//Proceeding of the 19th European Conference on Fracture “Fracture Mechanics for Durability reliability and Safety”, Kazan, Russia, 26-31 August 2012. -Kazan, 2012. -(119). -(СD-ROM).
- Davydova M., Uvarov S. Fractal statistics of brittle fragmentation//Fracture and Structural Integrity. -2013. -Vol. 24. -P. 60-68. DOI: DOI: 10.3221/IGF-ESIS.24.05
- Chace W.C. Exploding wires//Physics Today. -1964. -Vol. 17. -No.8. -P. 19-24.
- Образование страт при быстром электрическом взрыве цилиндрических проводников/В.И. Орешкин, К.В. Хищенко, П.Р. Левашов, А.Г. Русских, С.А. Чайковский//Теплофизика высоких температур. -2012. -Т. 50, № 5. -С. 625-637. DOI: DOI: 10.1134/S0018151X12050148
- Экспериментальное исследование неньютоновских свойств воды в условиях электровзрывного нагружения/И.А. Банникова, С.В. Уваров, Ю.В. Баяндин, О.Б. Наймарк//ПЖТФ. -2014. -Т. 40. -Вып.17. -C. 87-93. DOI: DOI: 10.1134/S1063785014090041
- Simulation of electric explosion of metal wires/V.I. Oreshkin, R.B. Baksht, A.G. Rousskikh, A.V. Shishlov, P.R. Levashov, I.V. Lomonosov, K.V. Khishchenko, I.V. Glazyrin//AIP Conf. Proc. -2002. -Vol. 651. -P. 384-387. DOI: DOI: 10.1063/1.1531356
- Банникова И.А., Наймарк О.Б., Уваров С.В. Разработка методики по исследованию релаксационных свойств жидкостей с использованием электровзрывной установки//XV Харитоновские тематические научные чтения. Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны: тр. междунар. конф. -Саров, 2013. -C. 745-750.
- Долгобородов А.Ю., Воскобойников И.М. Скорость звука в ударно-сжатых корунде, карбиде бора и карбиде кремния//Журнал технической физики. -1993. -Т. 63. -Вып. 2. -С. 203-208.
- Морфология разрушения цилиндрических оболочек на волновой стадии/Е.Ф. Грязнов, Е.В. Карманов, В.В. Селиванов, С.В. Хахалин//Проблемы прочности. -1984. -№ 8. -С. 89-92.
- Динамическая стохастичность и скейлинг при распространении трещины/О.Б. Наймарк, В.А. Баранников, М.М. Давыдова, О.А. Плехов, С.В. Уваров//Письма в ЖТФ. -2000. -Т. 26. -№ 6. -С. 67-77. DOI: DOI: 10.1134/1.1262809
- Exponential and power-law mass distributions in brittle fragmentation/J.A. Åström, R.P. Linna, J. Timonen, P.F. Moøller, L. Oddershede//Physical Review E. -2004. -Vol. 70(22), 026104. -P. 026104-1-026104-7. DOI: DOI: 10.1103/PhysRevE.70.026104
- Katsuragi H., Sugino D., Honjo H. Scaling of impact fragmentation near the critical point//Physical Review E. -2003. -Vol. 68(42), 046105. -P. 0461051-0461056.
- Grady D.E., Kipp M.E. Geometric statistics and dynamic fragmentation//J. Appl. Phys. -1985. -Vol. 58. -No. 3. -P. 1210-1222. DOI: DOI: 10.1063/1.336139
- Oddershede L., Dimon P., Bohr J. Self-organized criticality in fragmenting//Physical Review Letters. -1993. -Vol. 71. -No. 19. -P. 3107-3110.
- Kadono T. Fragment mass distribution of platelike objects//Physical Review Letters. -1997. -Vol. 78. -No. 8. -P. 1444-1447.
- Kadono T., Arakawa M. Crack propagation in thin glass plates caused by high velocity impact//Physical review E. -2002. -Vol. 65(3), 035107. -P. 035107/1-035107/4. DOI: DOI: 10.1103/PhysRevE.65.035107
- Сильвестров В.В. Применение распределения Гилварри для описания статистики фрагментации твердых тел при динамическом нагружении//Физика горения и взрыва. -2004. -Т. 40, № 2. -С. 111-124.
- Experimental analysis of lateral impact on planar brittle material/F.P.M. Dos Santos, V.C. Barbosa, R. Donangelo, S.R. Souza//Physical Review E. -2010. -Vol. 81(4). -P. 046108(1-9). DOI: DOI: 10.1103/PhysRevE.81.046108
- Study of ceramic tube fragmentation under shock wave loading/I. Bannikova, S. Uvarov, M. Davydova, O. Naimark//Procedia Materials Science, ECF 20, Norway. -2014. -Vol. 3. -P. 592-597. DOI: DOI: 10.1016/j.mspro.2014.06.098
- Bannikova I., Uvarov S., Naimark О. Analysis of fragmentation statistics of alumina tubular specimens//AIP Publishing LLC. -2014. -Vol. 1623. -P. 59-62. DOI: DOI: 10.1063/1.4898882
- Brodskii R.Ye., Konevskiy P.V., Safronov R.I. Size distribution of sapphire fragments in shock fragmentation//Functional Materials. -2011. -Vol. 18. -No. 2. -P. 200-205.
- Банникова И.А., Наймарк О.Б., Уваров С.В. Исследование фрагментации трубчатых керамических образцов с использованием электровзрывной установки//Иерархически организованные системы живой и неживой природы: материалы междунар. конф. -Томск: ИФПМ СО РАН, 2013. -С. 206-209. (CD диск).
