Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Кавитация и экспериметальные методы её изучения 8
1.1 Кавитация в медицине 8
1.2 Экспериментальные методы исследований при отрицательном давлении 9
1.3 Исследование инклюзий жидкости в кристаллы 12
1.4 Динамическое растяжение жидкостей 15
1.5 Гомогенное зародышеобр азов аыие 20
1.6. Стабильные и метастабильные фазовые состояния 31
ГЛАВА 2. Динамические методы исследования жидкостей при отрицательных давлениях 36
2.1 Эволюция треугольного импульса сжатия при взаимодействии со свободной поверхностью 36
2.2 Определение констант кинетики онкольного разрушения материалов на основе экспериментальных данных 39
2.3 Современные методы генерации плоских ударных волн 40
2.4 Методика измерения откольной прочности в жидких образцах 44
2.5 Метод регистрации скорости 48
2.6 Метод обработки экспериментальных интерферограмм для получение профилей скорости 51
ГЛАВА 3. Результаты экспериментов 54
3.1 Влияние скорости деформирования на откольную прочность гексана 54
3.2 Двухстадийный характер разрушения в этиловом спирте 58
3.3 Вода при низкой температуре 62
3.4 Особенности двухстадийного разрушения гексадекана 65
3.5 Влияние амплитуды падающего импульса на откольную прочность пентадекана 69
ГЛАВА 4. Обсуждение результатов экспериментов 73
4.1 Гексан 73
4.2 Этиловый спирт 74
4.3 Вода при низкой температуре 81
4.4 Уравнение состояния воды 85
4.5 Ґексадекан 90
4.6 Пентадекан 90
Основные результаты работы 92
Список литературы 94
- Экспериментальные методы исследований при отрицательном давлении
- Эволюция треугольного импульса сжатия при взаимодействии со свободной поверхностью
- Влияние скорости деформирования на откольную прочность гексана
- Влияние амплитуды падающего импульса на откольную прочность пентадекана
Введение к работе
Актуальность. Кавитация (от лат. cavitas - пустота) - образование в капельной жидкости разрывов сплошности с появлением полостей (т.н. кавитационных пузырьков), заполненных газом, паром или их смесью, в результате местного понижения давления [1]. Явление кавитации - предмет исследования во многих областях науки и техники. К примеру, наличие кавитации неблагоприятно сказывается на работе гидравлических машин, турбин, судовых гребных винтов, что заставляет принимать меры к избежанию кавитации.
Согласно теоретическим представлениям, жидкости способны выдерживать очень большие растягивающие напряжения, достигающие 1 ГПа, при этом предполагается, что разрушение происходит по механизму гомогенного зародышеобразования. Однако, на практике нарушение сплошности жидкости начинается при гораздо меньших величинах отрицательного давления. Это связывается, в первую очередь, с тем, что в реальных жидкостях присутствует большое количество гетерогенных зародышей, на которых и инициируется рост пор.
Изучению поведения жидкостей при отрицательных давлениях посвящено большое количество исследований, тем не менее, лишь в некоторых работах анализируется влияние скорости деформирования на прочность жидкости, хотя данная зависимость позволяет получить дополнительную информацию о кинетике зарождения и роста пор. Представляет также интерес изучение прочности жидкости вблизи температуры плавления, т.к. именно в её окрестности проявляются некоторые особенности разрушения. И, наконец, необходимо расширять класс жидкостей, исследованных в области отрицательных давлений, поскольку эта информация требуется для получения и проверки уравнений состояния жидкостей, к которым есть большой интерес в различных областях науки и техники.
Цель работы. Экспериментальное исследование зависимости величины откольной прочности от скорости деформирования в гексане и этиловом спирте. Изучение особенностей кавитации жидкостей вблизи температуры плавления на примере гексадекана, пентадекана и воды. Проверка применимости теории гомогенного зародышеобразоваиия для интерпретации полученных результатов.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка цитированной литературы.
Первая глава посвящена обзору методов создания отрицательных давлении в жидкости. Приведён обзор работ, посвященных динамическим методам исследования растяжения жидкостей. Даны основные положения теории гомогенного зародышеобразоваиия.
Вторая глава посвящена методике части проведения экспериментов. В ней представлены основные положения теории эволюции треугольного импульса сжатия и его взаимодействия со свободной поверхностью. Описан метод определения констант кинетики откольного разрушения материалов на основе экспериментальных данных. Изложены современные методы генерации плоских ударных воли и подробно описаны схемы экспериментальных сборок. Описана методика измерения скорости свободной поверхности с помощью лазерного доплеровского измерителя скорости VISAR, Описана специально разработанная программа по обработке получаемых в процессе эксперимента осциллограмм и получения из них профиля скорости свободной поверхности.
Третья глава посвящена результатам, полученным в экспериментах с гексаном, этиловым спиртом, водой при низкой температуре, пентадеканом, гексадеканом. Приведены параметры всех экспериментальных сборок. Построены основные зависимости величины отрицательных давлений от
5 условий импульсного растяжения жидкостей, выявленные в результате выполненных экспериментов.
Четвёртая глава посвящена обсуждению полученных результатов.
В заключении изложены основные результаты и выводы работы.
Основные положения, выносимые иа защиту.
Экспериментально определены зависимости величины откольной прочности от скорости деформирования в гексане и этиловом спирте.
Исследованы особенности кавитации жидкости вблизи температуры плавления на примере воды, гексадекана, пентадекана. Так, при изучении воды при низкой температуре была обнаружена резкая зависимость величины откольной прочности от скорости деформирования, чего не наблюдалось для воды при температуре 20С.
Применена модель гомогенного зародышеобразования для интерпретации полученных результатов.
При импульсном растяжении воды в окрестности нулевой температуры реализованы состояния, соответствующие области двойной метастабильности.
Научная новизна. Впервые изучены зависимости откольной прочности гексана, этилового спирта, воды при начальной температуре около О С, пентадекана и гексадекана от скорости деформирования. Показано, что полученные результаты для гексана и этилового спирта могут быть объяснены в рамках теории гомогенного зародышеобразования. Впервые при импульсном растяжении экспериментально реализовано состояние двойной метастабильности воды.
Практическая ценность.
Изучение особенностей кавитации жидкости имеет большое значение для усовершенствования гидравлических машин, турбин, судовых гребных винтов и прочих механизмов, работающих в жидкой среде с большими скоростями.
Исследование закономерностей образования несплошностей в жидкости представляет большой интерес для медицины, т.к., например, кавитация ответственна за многие побочные эффекты, возникающие в процессе лечения камней в почках и мочевом пузыре с помощью ударных волн.
Кроме того, результаты могут быть использованы для получения и проверки уравнений состояния жидкости, применяемые повсеместно от расчётов систем охлаждения ядерных реакторов до оптимизации работы струйных принтеров.
Полученные результаты могут быть использованы для решения прикладных задач в Институте проблем химической физики РАІі (Черноголовка), Институте структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (Черноголовка), Институте химической физики им. Н.Н, Семенова РАН (Москва), Институте теоретической физики РАН (Черноголовка).
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Международной конференции «Уравнения состояния вещества» (Приэльбрусье, 2002 и 2006), Международной конференции «Ударные волны в конденсированных средах» (С. Петербург, 2002), Международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» (Приэльбрусье, 2003 и 2005), «Харитоновские тематические научные чтения» (Саров, 2005), Международной конференции «Shock Compression of Condensed Matter» (США, 2003 и 2005), на Всероссийской школе - семинаре по структурной макрокинетике для молодых ученых.
7 (Черноголовка, 2003, 2004, 2005), Международной конференции «XIII Симпозиум но горению и взрыву» (Черноголовка, 2005), а также на научных семинарах и конкурсах научных работ в ИПХФ РАН. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 7 статей [74, 78-83] и 7 тезисов докладов на конференциях.
Благодарности
Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю, Уткину Александру Васильевичу, за терпеливое, чуткое руководство и всевозможную поддержку; Разорёнову СВ. советы и поддержку на всем протяжении работы, Щербакову В.А. Сосиковой О.Н., Колесникову С.А., Безручко Г. С, за помощь при оформлении работы; и всему коллективу Отдела экстремальных состояний вещества ИПХФ РАН за доброжелательное отношение и многочисленные и плодотворные обсуждения результатов диссертации.
Экспериментальные методы исследований при отрицательном давлении
Отдельно остановимся на методе исследования инклюзий жидкости в кристаллах. Именно с его использованием были достигнуты рекордные величины для прочности воды при растягивающих напряжениях, достигающие 80-100МПа [3-5]. У различных авторов, естественно, отличаются детали проведения эксперимента, однако, общая схема остаётся неизменной. Опишем её подробнее.
В первую очередь, подбирается природный или изготавливается искусственный образец, представляющий собой кристалл, как правило, кварца (но может использоваться не только кварц) с полостью внутри него, заполненной исследуемой жидкостью (обычно водой). Образцы изготавливались следующим образом: в высококачественном синтетическом кварце просверливалось отверстие, после этого его помещали в специальные Ag-Pb трубки, где он изолировался вместе с тщательно рассчитанным количеством чистой воды, нагретой до 300-400С. Далее эта система автоклавировалась при специально подобранных температуре и давлении. В результате автоклавирования отверстия в кристалле «зарастают», и часть жидкости оказывается изолированной в полости внутри кварца. В приготовленном таким образом образце анализировалась чистота жидкости внутри полости, например, по Рамановскому спектру, т.к. в результате нагревания до высоких температур вода могла быть загрязнена солями.
Проведённые измерения показали, что вода остаётся очень высокой чистоты 99,2%[4]. После получения кристалла с полостью, заполненной исследуемой жидкостью, он помещается в установку, схематически представленную на рис. 3.
В этой установке образец нагревается до температуры, при которой всю полость занимает жидкость, расширившаяся при нагревании, при этом считается, что состояние жидкости находится на бинодали. Температура, при которой исчезает паровая фаза, фиксируется. После этого образец медленно охлаждается, и ведётся постоянный контроль за состоянием жидкости внутри полости либо простым оптическим слежением, либо наблюдением Рамановского спектра, либо наблюдением за Брилюэновским спектром. Главное - это максимально точно и корректно определить температуру, при которой начинают образовываться полости внутри жидкости, т.е. температуру начала кавитации. При этом считается, что в связи с очень малым коэффициентом теплового расширения кварца процесс охлаждения жидкости происходит изохорически. После этого используется уравнение состояния жидкости, и из него находится бинодаль и изохора. Далее считается, что жидкость охлаждается от точки, лежащей на бинодали, по изохоре. Зная температуру начала кавитации, можно однозначно определить отрицательное давление, которое ей соответствует.
Во-первых, соответствие температуры начала кавитации и величины отрицательного давления определяется из уравнения состояния жидкости или из других характеристик жидкости, которые экстраполируются в область столь низких отрицательных давлений. При этом корректность определения давления вызывает большие сомнения.
Во-вторых, даже если допустить, что уравнение состояния, столь далеко экстраполированное в область отрицательных давлений, и там работает корректно, то нельзя оставить без внимания тот факт, что указанное уравнение состояния получено для достаточно большого объёма жидкости и не учитывает кривизну её поверхности. Однако же, полости внутри кварца имеют характерный размер - миллиметры и даже менее, и при этом кривизна поверхности должна существенно изменять характеристики жидкости. Следовательно, нельзя не прийти к выводу, что и бинодаль, и изохора определены не точно. А это не может не повлиять на результаты.
Низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них так называемых кавитационных зародышей —- плохо смачиваемых участков поверхности обтекаемого тела, твердых частиц, частиц с трещинами, заполненными газом, микроскопических газовых пузырьков, предохраняемых от разрушения мономолекулярными органическими плёнками, ионных образований и пр. Если кавитационный зародыш имеет форму газового пузырька радиуса Ro, а давление насыщенных паров Ри, то статическое давление, при котором он теряет устойчивость и начинает неограниченно расти, выражается формулой (1):
Жидкость, подвергнутая растягивающему напряжению, метастабильна по отношению к системе «жидкость плюс пар». Область метастабильности хорошо изучена для таких жидкостей, как вода, глицерин, гексан, этиловый спирт, поэтому именно для этих веществ исследования наиболее интересны и могут быть произведены с максимальной точностью. При этом в условиях динамического растяжения жидкости можно получить значения прочности, более близкие к теоретическим, чем при использовании большинства статических методов. Приведем краткий обзор работ, посвященных динамическому разрушению жидкостей. В работах [6; 7] приведены результаты определения откольной прочности воды и этиленгликоля.
В работе [6] образцы воды толщиной 3,8 мм нагружались ударниками толщиной 3,8 мм через экран толщиной 7,5 мм. Ударник и экран были изготовлены или из плексигласа, или из алюминия. Скорости удара составляли 4,8 - 6,2 м/с. Регистрация скорости свободной поверхности образца, ограниченного тонкой аллюминизированой майларовой плёнкой, производилась интерферометрическим методом. При этом для нижней оценки откольной прочности получено значение 2,8 ГПа.
Эволюция треугольного импульса сжатия при взаимодействии со свободной поверхностью
Следует отметить, что величина откольной прочности мало чувствительна к форме входящего импульса.
Показано, что вид зависимости величины откольной прочности от скорости деформирования позволяет судить о кинетике разрушения. В частности показано, что экспериментальные результаты для стали и молибдена могут быть аппроксимированы уравнением Далее, зная величины А и В, можно определить кинетические константы разрушения. Ниже приводятся общие сведения о стабильных и метастабильных фазовых состояниях и вводятся понятия, которые нам потребуются в дальнейшем.
В настоящее время для реализации ударно-сжатого состояния в веществе и регистрации параметров таких состояний было разработано множество методов нагружения и диагностики параметров среды. Существует условная классификация метательных устройств по "энерговложению" в исследуемый материал: баллистические установки, генераторы ударных волн на основе взрывчатых веществ, электрические и электромагнитные ускорители, устройства на основе импульсных источников излучения [40].
Баллистические установки позволяют метать ударники в широком диапазоне скоростей от 0.1 км/с до 1.5 км/с в пневматических устройствах [41; 42], от 0.4 км/с до 2.5 км/с - в пороховых пушках [43], а также до 11.5 км/с и более - в многоступенчатых легкогазовых установках [44]. Основными преимуществами таких методов нагружения являются во-первых, одномерность течения с хорошим однородным распределением полей напряжений за ударным фронтом в образце, во-вторых, контроль в каждом опыте перекоса пластины-ударника относительно поверхности исследуемого образца и возможность его минимизации, и в-третьих, минимальный разогрев из-за отсутствия непосредственного контакта со снарядом и ВВ. Увеличение скорости ударника в легкогазовых и пороховых установках происходит за счет увеличения температуры разгоняющего газа, либо уменьшения его молекулярного веса. В таких установках возможно подключение различной диагностической аппаратуры и измерения в одном эксперименте различных параметров состояния исследуемого вещества. Но создание и обслуживание таких установок очень дорогостояще.
Наиболее дешевы и просты в применении генераторы ударных волн, принцип работы которых заключается в инициировании детонации заряда взрывчатого вещества на поверхности образца. Форма ударной волны зависит от способа ее инициирования. Существуют плоские [45], полусферические [46] и сферические генераторы ударных волн, однако применение последних двух видов значительно усложняет анализ получаемых данных из-за отсутствия одномерности в волновых взаимодействиях. Среди плосковолновых генераторов ударных волн наибольшее распространение получили конические взрывные линзы [33]. Они основании на трансформации расходящейся от места инициирования сферической детонационной волны в плоскую за счет использования внутреннего конического вклада из ВВ с низкой скоростью детонации (баратол) или инертного материала (свинец или парафин). Такие устройства дают возможность разгонять ударники до скоростей порядка 4-6 км/с и получать давления до 200 ГПа в металлах, по плотности близких к железу. Для увеличения скорости метания пластин применяются многокаскадные слоистые метательные системы [46], которые состоят из последовательно расположенных слоев ВВ и пластины-ударника. Скорость метания ударника в таких устройствах зависит от материала метаемых пластин и достигает 15 км/с для стали и 18 км/с для титана. Увеличением количества каскадов можно добиться повышения скорости, но это чревато большим разогревом ускоряемой пластины и скорейшему ее разрушению. Использование взрывных конических генераторов [47], действующих на основе эффекта геометрической кумуляции при нерегулярном маховском отражении конически сходящихся ударных волн, позволяет поднять давление в ударной волне в образце в несколько раз (порядка 670 ГПа для висмута). В исследованиях откольной прочности металлов и инициирования ВВ ударными волнами широко используется метание пластины в режиме тангенциального падения детонационной волны [48]. При этом метаемое устройство устанавливается под определенным углом к поверхности исследуемого образца, в результате чего соударение происходит по всей плоскости одновременно. Метод позволяет варьировать амплитуду и длительность импульса давления вводимого в образец. Взрывчатые трубчатые ускорители (ВТУ) с цилиндрическими каналами позволяют ускорять металлические диски до скоростей 8-9 км/с [40]. После инициирования детонационной волны в ВВ и распространения ее по каналу, наполненному вспененным материалом или тяжелым и легким ВВ, генерируется плоская коническая сходящаяся ударная волна с «маховским » диском в центре. В первом случае она образуется за счет деструкции пены в газ с высокими температурой и плотностью. Во втором - по мере распространения волны сначала через тяжелое, а затем более легкое ВВ.
Для достижения еще более высоких динамических давлений и температур были предложены установки, разгоняющие ударник плотной плазмой, образующейся при электрическом взрыве проводников при разряде на них конденсаторной батареи [40]. В подобных экспериментах достигаются скорости от 0.1 км/с до 18 км/с, что позволяет исследовать динамическую прочность и сжимаемость в широком диапазоне параметров. Скорости до 40 км/с возможно получить на так называемом, рельсотроне [40], в котором на ударники (до 1 мм толщиной) действует пондеромоторная сила, возникающая при протекании через систему параллельных металлических шин мегаамперного тока. Основной проблемой таких установок является развитие неустойчивостей в процессе электровзрыва и сохранение целостности тонких ударников.
Влияние скорости деформирования на откольную прочность гексана
Текущее значение монотонно изменяющейся скорости отражающей поверхности U(t) определяется по числу зафиксированных биений интенсивности света N(t): где Л - длина волны зондирующего излучения, п - показатель преломления, 5 - поправка на дисперсию света в блоке задержки, Av/щ - частотная коррекция, которую необходимо учитывать в том случае, если зондирующее излучение проходит прозрачную среду (окно), меняющую при ударно-волновом сжатии свои оптические свойства.
Для определения направления изменения скорости в интерферометре предусмотрена система поляризационного кодирования, позволяющая определить направление изменения скорости в любой момент времени, включающая поляризатор света (Пі), четвертьволновую пластинку (Л/4) и поляризационный светоделитель (П2). Благодаря контролю интенсивности попадающего в интерферометр света и системе поляризационного кодирования значения скорости отражающей поверхности однозначно определяются в каждый момент времени.
В качестве генератора зондирующего излучения использовался аргоновый лазер с мощностью непрерывного излучения на длине волны 514,5 нм до 1 Вт. Постоянная интерферометра (изменение скорости на одно биение) от 80 м/с. В качестве фотоприемников излучения (Фь Ф2, Фз) используются быстродействующие фотоумножители с временным разрешением 1 не. Сигналы фотоумножителей регистрируются осциллографом с полосой пропускания 500 МГц.
Для одновременной обработки трех осциллограмм была создана программа для ЭВМ, которая позволяет однозначно получать профиль скорости свободной поверхности с погрешностью не хуже 3-5 м/с на любом уровне скорости. Временное разрешение методики при этом составляет 2-3 не. Опишем процесс обработки осциллограмм и саму программу для ЭВМ подробнее.
Метод обработки экспериментальных интерферограмм для получение профилей скорости. Измеряемый профиль скорости отражающей поверхности u(t) определяется из совместной обработки трёх осциллограмм, соответствующих двум каналам регистрации интерференционных биений и контролю интенсивности отражённого света. При линейной работе фотоумножителей их показания i(t) связаны с текущим значением измеряемой скорости u(t), относительной интенсивностью падающего в прибор света A(t) и величиной интерференционного контраста K(t) соотношениями: где 0 - сдвиг по фазе между биениями интенсивности вертикально и горизонтально поляризованных компонент света на выходе из интерферометра, а - начальная фаза биений, Ію, Іго начальный размах биений, Ізо - начальное значение интенсивности на входе в интерферометр, отклонения лучей осциллографа в минимумах биений.
Таким образом, после проведения эксперимента мы получаем три серии точек: ii(t), 12(1), із(і), и, совместно решая уравнения (28) - (31), мы можем найти зависимость значения измеряемой скорости u(t) от времени. Для получения профиля скорости из трёх серий точек ii(t), i2(t), із(і) в среде Delphi6 была создана программа, с помощью которой можно рассчитать профиль скорости. На этапе предварительной обработки данные усредняются, что позволяет избавиться от нежелательных шумов аппаратуры, кроме того, имеется возможность отбросить ненужные фрагменты записи. Программа позволяет представить полученные результаты наглядном и удобном для обработки виде, а полученные данные записывать и хранить в памяти компьютера. (См. пример работы с программой на рисунке 15), Программа соответствует спецификациям фирмы Microsoft для программного обеспечения Windows. Предусмотрены комбинации «горячих клавиш», «всплывающие» меню и прочие нюансы, упрощающие работу с программой. Набор всех этих качеств позволяет обрабатывать и проверять результаты обработки в минимальные сроки.
Всю работу с программой можно разделить на две стадии: предварительную обработку осциллограмм и работу с профилем скорости. На первой стадии пользователь пошагово, следуя указаниям программы, выбрасывает ненужные данные и усредняет необходимые участки осциллограмм. Усреднять можно отдельно взятые участки. Это позволяет сохранить полезную информацию, но в то же время эффективно отсекать шумы аппаратуры.
На второй стадии пользователь работает с профилем скорости, В процессе работы ему доступны множество сервисных функций. Это, например, и масштабирование выделенного участка и проверка полученного результата с помощью альтернативного расчета в экстремумах. При этом все действия совершаются с помощью мыши, активно используются «всплывающие меню». При необходимости пользователь может использовать клавиатуру для более точного выбора точки на графиках.
Создана система сохранения результатов. Пользователь может сохранять результаты на каждой из двух стадий обработки, причём как для дальнейшего использования в данной программе, так и для использования в других версиях программ для обработки результатов. Программа автоматически создаёт базу данных, в которой хранятся и исходные данные, и полученные профили со всеми изменениями, внесёнными пользователем. Это даёт возможность хранения и проверки результатов, а также пересчёта любого из обработанных ранее экспериментов.
Влияние амплитуды падающего импульса на откольную прочность пентадекана
В проведенных экспериментах гексан сжимался по ударной адиабате Н, а затем изэнтропически разгружался до состояний, показанных на рисунке светлыми точками. При расчете ударной адиабаты и изэнтроп использовались данные о зависимости скорости звука от температуры и давления [73 ]. Разрушение метастабильного состояния происходит в результате роста пор, как стабильно существующих в жидкости, так и порождаемых тепловыми флуктуациями. В работе [71] показано, что существующие в жидкости поры не оказывают влияния на инициирование процесса кавитации и экспериментально обнаруженная слабая зависимость Ps от скорости деформирования для воды объясняется именно процессом гомогенного зародышееобразования.
Предполагая, что именно процесс зародышеобразования, а не вязкий рост пор, является определяющим для увеличения пористости, можно определить характер зависимости откольиой прочности от скорости деформирования [34]: где А и В - константы, зависящие от температуры как явно, так и через вязкость и коэффициент поверхностного натяжения. Оценка В дает величину порядка 10 с" . На рис.19 зависимость (33), построенная при 4=85 МПа и В= 10 с" , показана сплошной линией, которая, как видно, хорошо описывает экспериментальные данные для гексана.
Как уже говорилось в главе 3 при изложении результатов экспериментов с этиловым спиртом, характер разрушения в этой жидкости является двух стадийным. После начала кавитации внутри жидкости продолжается рост отрицательных давлений по мере распространения волны разрежения, отраженной от свободной поверхности, вглубь образца. При этом процесс объемного разрушения является относительно медленным и проявляется на профиле скорости не в виде откольного импульса, а как уменьшение абсолютного значения градиента скорости за точкой излома [38; 39] (На рисунках 20, 21 излом отмечен одинарными вертикальными стрелками). Это происходит до тех пор, пока скорость роста пор не превысит некоторой критической величины [39], что приводит к формированию откольного импульса. На рис.20, 21 момент выхода откольного импульса на свободную поверхность отмечен двойными стрелками. Наблюдается определенная закономерность характера изменения особенностей на скорости свободной поверхности с изменением амплитуды ударной волны. По мере ее увеличения возрастает отклонение скорости от пунктирной линии и, одновременно, происходит приближение откольного импульса к точке излома. Дальнейшее увеличение амплитуды (опыт 157) приводит к вырождению откольного импульса в горизонтальную линию с последующим практически монотонным уменьшением скорости. Поэтому указанные стрелками особенности на профиле 157 достаточно условны. Отметим также, что величина максимальных отрицательных давлений, реализующихся в спирте, может заметно превышать порог начала разрушения Ps0) но для ее определения необходимо предположить конкретный механизм роста пор в образце.
Предполагая, что именно процесс зародышеобразования, а не вязкий рост пор является определяющим для увеличения пористости, можно определить характер зависимости откольной прочности от скорости деформирования (33). Здесь А и В - константы, зависящие от температуры как явно, так и через вязкость и коэффициент поверхностного натяжения. На рис.22 зависимость (33), построенная при Л=А\ МПа и .6=10 с , показана сплошной линией, которая, как видно, хорошо описывает экспериментальные данные. Исключение представляет опыт 157, в котором наблюдается заметное отклонение от зависимости (33). Отметим, что снижение прочности с ростом амплитуды ударной волны ранее наблюдалось для воды в работе [71], где было отмечено, что в рамках гомогенного зародышеобразования это не удается объяснить ростом остаточной температуры. Вероятно, с увеличением давления заметную роль начинает играть локальный разогрев при схлопывании существующих в жидкости пор, что приводит к образованию "горячих точек". Поэтому, в момент возникновения растягивающих напряжений в жидкости могут существовать области с температурой выше остаточной, где и будет с наибольшей скоростью происходить гомогенное зародышеобразование. Возможно, при высоких давлениях подобный очаговый механизм разрушения имеет место и в спирте.
Ранее в аналогичной постановке были проведены опыты по регистрации отрицательных давлений в воде [71], гексане и глицерине [74] (см. также ранее п. З.1.). Полученные для этих жидкостей профили скорости свободной поверхности качественно подобны приведенным на рис.20, 21 для спирта, но в них начальная скорость разрушения была настолько высокой, что в пределах точности эксперимента формирование откольного импульса совпадало с началом разрушения. Поэтому, двухстадийный характер разрушения, приводящий сначала к излому профиля скорости и лишь затем, спустя довольно значительное время, к формированию откольного импульса, нигде ранее не наблюдался. При этом фронт откольного импульса в спирте, особенно при низких давлениях, очень крутой (например, в опыте 150 его характерная ширина около 10 не), а последующие колебания скорости, обусловленные циркуляцией волн между поверхностью образца и областью разрушения не наблюдаются. Вероятно, это связано с отсутствием резких границ зоны кавитации, в результате чего понятие толщины откольнои пластины становится достаточно условным. В этом отношении развитие кавитации в спирте и воде очень похожи [71].
