Численный анализ влияния оболочек на процесс детонации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Численный анализ влияния оболочек на процесс детонации

Л.А. Мержиевский

И.А. Балаганский

А.В. Виноградов

В различных устройствах, использующих детонационные процессы, заряды взрывчатого вещества контактируют с элементами конструкций, представляющими собой инертные преграды. Такие ситуации возникают, например, при разгоне пластин при сварке взрывом, обжатии кумулятивных облицовок, взрывном метании оболочек и. т.д. Это привлекает внимание к задачам описания процессов детонации в условиях непосредственного контакта ВВ с инертными преградами. Если поместить в контакте с зарядом ВВ инертный элемент, в котором скорость распространения волновых процессов превышает скорость детонации этого ВВ, то опережающая волна в этом элементе способна оказывать влияние на слои еще не продетонировавшего ВВ и при определенных условиях приводить к характерным эффектам. Так, например, в [1] было установлено, при контакте зарядов конденсированных ВВ с элементами из высокомодульных керамических материалов реализуются пульсирующие нестационарные детонационные режимы, параметры которых определяются геометрией экспериментальных сборок, свойствами инертной среды и кинетикой разложения детонирующего ВВ. Отмечено, что возможно как повышение, так и понижение скорости детонации и давления во фронте детонации по сравнению с параметрами Чепмена-Жуге.

В данной работе проводится численное исследование процесса детонации зарядов ТГ-40 в оболочках из в оболочках из карбида кремния и меди и плоских зарядов из этого же ВВ, помещенного между пластинами из этих же материалов. Расчеты проводились с использованием коммерческого пакета ANSYS AUTODYN методом SPH. Необходимые для расчетов параметры уравнений состояния материалов выбирались на основе сравнения результатов тестовых расчетов с экспериментальными данными [1,2]. Для описания детонационного превращения использовалась кинетика Ли-Тарвера.

Рис. 1

Постановка задачи о расчете детонации в оболочках показанная на рис. 1, выбрана в соответствии с экспериментальной сборкой [3]. Здесь А - генератор плоской волны, с помощью которого инициировался заряд Б внутри оболочки, В - оболочка, Г - пенопластовый демпфер, Д - медная пластина. Номера указывают местоположение "лагранжевых датчиков" - частиц, в которых фиксировалась информация об изменениях параметров заряда во времени, датчики 17 и 18 располагались в местах размещения манганиновых датчиков в экспериментах с керамическими оболочками [3,4].

Рис. 2

На рис. 2 показаны результаты расчета на момент времени 6 мкс после начала процесса (слева керамическая оболочка, справа - медная). Приведенные данные свидетельствуют о принципиальном различии реализующихся течений. В медной оболочке формируется косая волна сжатия, следующая за фронтом детонации. Волна сжатия в керамической оболочке опережает детонационную и вызывает поджатие еще не прореагировавшего ВВ. На рис. 3 сравниваются длительности детонационного превращения в местах расположения датчиков (слева - для керамической оболочки, справа - для медной. На приведенных диаграммах по вертикали - номера датчиков, темные прямоугольники показывают время полного превращения ВВ в продукты детонации.

Рис. 3

Рис. 4

Данные рис. 3 показывают, что если на оси заряда времена реакции в обоих случаях практически совпадают, то вблизи к поверхности оболочки наличие опережающей волны сжатия в керамической оболочке в этом случае происходит десенсибилизация ВВ в прилегающей к оболочке области. При этом сама реакция на границе начинается раньше, чем в областях, отстоящих от границы на некоторое расстояние. Характер развития процесса превращения на границе с оболочкой иллюстрируется на рис. 4, где приведены эпюры изменения давления P и степени разложения ВВ б для пары датчиков №№ 13 и 16. В частности, момент завершения превращения указывает на положение точки Чепмена - Жуге.

Рис. 5

Качественно подобные результаты получены и при расчете задачи о детонации плоского заряда, помещенного между керамической и медной пластинами, рис. 5 (керамическая пластина вверху, медная внизу). При этом полученные данные показывают, что характер детонационного превращения в случае плоской геометрии отличается от цилиндрического случая. Здесь длительность превращения также вблизи керамической пластины увеличивается по сравнению с процессом вблизи медной пластины, но опережающее начало реакции отсутствует. Данное обстоятельство подтверждает, что своеобразный характер распространения детонации в цилиндрическом заряде обусловлен особенностями волновой структуры течения.

Библиографический список

детонация заряд оболочка карбид

1. Балаганский И.А. Влияние инертной стенки из высокомодульной керамики на распространение детонации в зарядах конденсированных ВВ / И.А. Балаганский, В.А. Агурейкин, С.В. Разоренов, А.В. Уткин // ФГВ. -1994.- Т.30.- № 5.- С. 107-114.

2. Balagansky I.A. Influence of High Explosive Charge Shell on Detonation Front Shape / Balagansky I.A., Balagansky A.I., Kobilkin I.F, Nosenko N.I. // Proceedings of International Conference `VIII Zababakhin's Topical Scientific Readings'. - 2006.-Р. 1-7.

3. Балаганский И.А. Влияние оболочки из карбида кремния на детонационные параметры в зарядах ВВ / И.А. Балаганский, И.Ф. Кобылкин, С.В. Разоренов, В.С. Соловьев, А.В.Уткин // 5 Всесоюзное совещание по детонации, Красноярск 5-12 авг. 1991 г.: сб. докл. - Красноярск, 1991. - Т. 2. - С. 345-350.

4. Балаганский И.А. Влияние оболочки заряда ВВ на форму фронта детонационной волны / И.А. Балаганский, А.И. Балаганский, И.Ф. Кобылкин, Н.И. Носенко // Труды VIII международной конференции "Забабахинские научные чтения". - 2006. - С. 1-7.

Размещено на Allbest.ru