Введение к работе
Актуальность В последнее время уделяется повышенное внимание исследованию поведения хрупких материалов при ударном сжатии В то время как механизмы и определяющие факторы разрушения хрупких материалов при растяжении достаточно хорошо изучены, процессы квазистатического и, особенно, динамического неупругого сжатия и разрушения представляются в значительной мере неясными [1, 2] Важным проявлением хрупкого разрушения сжатием является формирование и распространение волн разрушения, наблюдавшихся в ударно-сжатых стеклах [3] Волна разрушения представляет собой сетку трещин, инициируемых на поверхности стекла под действием приложенного напряжения и распространяющихся в объем материала Можно надеяться, что дальнейшее изучение и исчерпывающее описание этого явления будет полезным не только для расчетов разрушения при сжатии в условиях взрыва или высокоскоростного удара, но и для понимания основных закономерностей катастрофических разрушений различного масштаба в условиях длительного действия нагрузки
Практически вся накопленная информация о поведении материалов в ударных волнах относится к экспериментам с плоскими ударными волнами Однако, одномерные условия деформирования в плоских ударных волнах не дают возможности варьировать соотношение между компонентами напряжений Между тем известно, что при достаточно высоких давлениях разрушение сжатием становится невозможным и хрупкие материалы становятся пластичными Для полного описания материала требуется также знание условий его перехода из хрупкого состояния в пластическое Поскольку физические механизмы пластической деформации и разрушения различаются, для их описания должны использоваться разные критерии и модели неупругого деформирования В работе развит метод диагностирования характера неупругого деформирования при ударном сжатии Одним из возможных спо-
собов решения этой проблемы могут стать эксперименты со сферическими расходящимися ударными волнами, позволяющими изменять соотношения между продольной и поперечной компонентами напряжений Вышеперечисленные обстоятельства определяют актуальность настоящей работы
Целью работы является развитие методов диагностирования хрупких материалов при ударном сжатии путем варьирования соотношения между компонентами напряжений и получения новой информации о разрушении при ударном сжатии керамик, стекол и монокристаллов
Исследованные материалы натриево-известковое стекло, оптические стекла К8, К14, плавленный кварц, монокристаллы сапфира и кремния, керамики на основе окиси алюминия и карбида бора
Метод исследований основан на непрерывной регистрации профилей скорости свободной или контактной поверхности исследуемых хрупких образцов в процессе нагружения с помощью лазерного Допплеровского измерителя скорости VISAR Варьирование напряженного состояния исследуемых образцов осуществлялось путем предварительного бокового сжатия и нагру-жением сферическими расходящимися импульсами сжатия Предварительное боковое сжатие исследуемых образцов осуществлялось методом горячей посадки
Научная новизна Развит новый метод и исследовано влияние бокового сжимающего напряжения на динамический предел упругости керамик и синтетического сапфира, порог зарождения и распространение волны разрушения в оптических стеклах Предложен способ генерации сферических расходящихся ударных волн, позволяющий варьировать соотношение между компонентами напряжений и получены новые экспериментальные данные о свойствах хрупких материалов Проведены измерения продольной и объемной сжимаемостей натрий-известкового стекла и выявлено возрастание коэффициента Пуассона при сжатии
Практическая ценность Разработанная в работе методика генерации сферических расходящихся ударных волн позволяет значительно расширить диапазон достигаемых состояний в ударных волнах Полученные экспериментальные данные о поведении хрупких материалов в сферических расходящихся ударных волнах и в условиях присутствия бокового сжимающего напряжения, а также измеренные продольная и объемная сжимаемость стекла
в упругой области деформирования могут быть использованы для построения моделей деформирования и разрушения хрупких материалов, необходимых для решения ряда прикладных задач, таких как, оценка долговечности оптических систем, работающих в условиях интенсивных импульсных воздействий, создание новых бронезащитных систем, систем противометеорит-ной защиты космических аппаратов и тп
Основные положения, выносимые на защиту
Метод и результаты исследований влияния поперечного напряжения сжатия на характер упруго-пластического деформирования монокристаллического сапфира и керамик на основе окиси алюминия и карбида бора
Результаты исследований влияния радиального напряжения сжатия на формирование и характер распространения волны разрушения в стеклах К8, К14 и плавленом кварце
Измерение продольной и объемной сжимаемости натриево-известкового стекла в диапазоне давлений до 10 ГПа и расчет зависимости коэффициента Пуассона от давления ударного сжатия
Результаты исследований поведения высокотвердых материалов при нагружении сферическими расходящимися ударными волнами
Апробация работы Результаты исследований докладывались и обсуждались на III Всероссийской научной конференции «Фундаментальныеи прикладные проблемы современной механики» (Томск, 2002), Всероссийской конференции «Дефекты структуры и прочность кристаллов» (Черноголовка, 2002), VI Всероссийской конференции «Физикохимия ультрадисперсных (нано—) систем» (Томск, 2002), IV школе — семинаре «Физика взрыва и применение взрыва в физическом эксперименте» (Новосибирск, 2003), Международной конференции «Уравнения состояния вещества» (Приэльбрусье, 2002 и 2004), Международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» (Приэльбрусье, 2003 и 2005), Международной конференции Американского физического общества «Shock Compression of Condensed Matter» (США, 2003, 2005 и 2007), V Российском симпозиуме
«Проблемы физики ультракоротких процессов в сильнонеравновесных средах» (Новый Афон, 2007), IX Международной конференции «Забабахинские научные чтения» (Снежинск, 2007), а также на научных семинарах и конкурсах научных работ ИПХФ РАН
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения с основными результатами и списка литературы Объем диссертации составляет 156 страниц, в том числе 69 рисунков, б таблиц и библиография из 127 наименований
