Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы интенсивно развивается механика гетерогенных сред типа гао-частицы, жидкость с пу-оырькамн гаоа, пор детые материалы н тд.. Это вьговано важными практическими приложениями в авиационной и ракетной технике, атом-нон энергетике, турбостроении, химической технологии и т.д.. Характерной особенностью гетерогенных течений является присутствие в течении сильных микроиеодпородностей, например, частиц в гаое, пор в твердом теле. При этом имеет место существенное влияние физических процессов, происходящих в окрестности микронеоднородностей, на средние параметры течения. Иоучение таких течений представляет собой весьма сложную проблему, в которой исследование каждой конкретной среды требует построение своей модели.
Данная работа посвящена поучению ударно-волновых процессов в смесях гао-частицы и в пористых материалах. Исследование этой проблемы имеет важное научное и практическое значение, поскольку ударно-волновые процессы широко испольоуются в раоличных областях науки и техники. Сюда относится распространение ударных волн в смесях гао-частицы, насыщенных грунтах, пористых металлах. Приведем, для примера, использование пылевых оавес и пористых прокладок для ослабления и "гашения" ударных волн. Другим примером, имеющим значение для получения материалов с наперед изданными свойствами, является компактирование смеси порошков энергией взрыва.
В предлагаемой диссертации автор ограничился микронеоднородными средами типа гао-твердые частицы и пористые упругопластические материалы. Основы механики таких сред были заложены в работах Х.А.Рахматулина, Г.И.Варенблатта, Ф.И.Франкля, Я.И.Френкеля, а
оатем раовиты в работах С.С.ІІригоряна, А.Н.Крайко, В.Ф.Куропатен-хо, В.П.Коробейнихова, В.М.Фомина, Н.Ф.Морооова, В.П.Мяснихова, В.Е.Нахорякова, В.Ф.Нестеренко, Р.И.Нигматупина, В.Н.Николаевского, Л.Е.Стернина, АД.Рычкова, В.К.Кедринсжого, А.В.Федорова, В.Н. Аптукова, Н.Х.Ахмадеева, И.М.Васеннна, А.Н.Корнеева, Т.М.Ппато-вой, А.И.Ивандаева, М.А.Голъдштиха, А.Н.Осипцова, В.А.Левина, Кпи-геля, Никерсона, Кроу, Квррола, Холта и др. В данной работе автор опирался на плодотворные идеи етих исследователей. Иоучение распространения ударных волн в укаоанных средах им выполнялось с единых позиций механики гетерогенных сред.
Цель работы. Построение математической модели течения смеси гаэ-частицы при малой объемной концентрации частиц с учетом пересечений траекторий частиц. Иоучение на основе данной модели взаимодействия ударной волны с облаком частиц. Построение математической модели пористого материала с учетом пластической зоны, возникающей в окрестности поры. Иоучение с помощью отой модели распространения упругопластических волн в пористых материалах.
Научная новизна.
-
Предложена континуально-дискретная модель для описания течений смесп гао-частицы при малой объемной концентрации частиц и наличии пересечений траекторий частиц.
-
Исследованы каустики в псевдогаое частиц в одномерном нестационарном случае при постоянной скорости гаоа. Обнаружено, что вследствие нехонсервативности системы гао-частицы каустики возникают при условии - число Стохса больше единицы, а полное число частиц на каустике конечно и ограничено сверху величиной, пропорциональной проиоведешпо длины релаксации на начальную концентрацию частиц.
-
Впервые численно решена оадача о взаимодействии ударной волны с облаком частиц в двухмерном нестационарном случае-с учетом пересечения траекторий частиц. Выяснено влияние объемной концентрации частиц и числа Маха ударной волны на течение газа в облаке. Результаты расчетов хорошо согласуются с данными экспериментов. Обнаружено и дано объяснение формировашпо хометоподобной формы
облака и каустики на наветренной стороне облака. Дано количественное объяснение оффехту оагоранил частиц угля в проходящей ударной волне. Обнаружено и объяснено вооникновение вихря оа ударной волной, отраженной от оаднен стенки, расположенной оа облаком частиц. 4. Построена математическая модель пористого упругопластическо-го материала, в которой впервые учитывается влияние пластической оовы, вооннкагощей в окрестности поры. Адекватность модели дока-оана сравнением расчетных и экспериментальных профилей ударных волн в пористых материалах. Обнаружено в расчетах и дано объяснение вооникновеншо ударной волны раорежеиия в пористом материале. Дано качественное объяснение вооникновению температуркой неоднородности при ворывяом хомпактировашш порошков в схеме с центральным телом.
-
Дано качественное объяснение динамичесхому пику пластичности при высокоскоскоростном раорушении металлических оболочек.
-
Решена оадача о раолете цилиндрической оболочки с учетом разрушения и истечения продуктов детонации между осколками. Пока-оано, что в случае осевой детонации учет этих эффектов приводит к существенному уменьшению скорости оболочки.
Практическая ценность работы состоит в построении моделей и и выяснении особенностей явлений, протекающих при ударно-волновых нагрузках сред типа гао-частицы и пористые материалы. Указанные явления широко распространены при создании ворывом новых материалов, входе летательных аппаратов в оапьшенную атмосферу, взрывах в шахтах и других катастрофических явлениях, сопровождающихся ворывом.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов ИТПМ (Новосибирск, 1984), на конференции молодых ученых ЦИАМ (Москва, 1984), на 8 Всесоюзной школе по моделям механики сплошной среды (Новосибирск, 1985), на школе - семинаре " Современные проблемы механики жидкости и гаоа " (Иркутск, 1988), на Сибирской школе по современным проблемам механики деформируемого твердого тела
(Якутск, 1990), на б и 7 Всесоюоных сьеодах но теоретической и прикладной механике (Ташкент, 1986, Москва, 1991), на Международном семинаре -выставке * Компьютерное конструирование перспективных материалов и технологий * (Томск, 1991), на 12 Всесоюоной конференции по численным методам решения оадач упругости и пластичности (Тверь, 1991), на 18 Международной конференции по ударным волнам (Сендай, Япония, 1991), на Международной конференции " Математические модели и численные методы механики сплошной среды " (Новосибирск, 1991), на школе - семинаре " Аналитические методы в гаоовой динамике * (Екатеринбург, 1992), на 2 Всероссийском семинаре по динамике пространственных и и неравновесных течений жидкости и гаоа (Миасс, 1993), на 3 семинаре " Акустика неоднородных сред " (Новосибирск, 1994), на школе - семинаре " Аналитические методы и оптнмп-оапия процессов в механике жидкости и гаоа " (Ароамас -16, 1994), на международной конференции в Проблемы защиты оемпи от столкновений с опасными космическими объектамн(8РЕ-94)" (Челябинск - 70, 1994), на международной конференций " Ударно-волновые процессы в конденсированных средах " (Санкт-Петербург,1994), на конференции " Математические методы в механике (Новосибирск, 1994), на семинарах академика Накорякова В.Е. (ИТФ, Новосибирск), проф. Крайко А.Н. (ЦИAM, Москва), проф. Гришина A.M. (ТГУ, Томск),член.-корр. Фомина В.М. (ИТПМ, Новосибирск).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ.
Структура и объем работы Диссертация состоит ио введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы 273 страницы и включает {27 рисунков, 3 таблицы и библиографию, содержащую І18 наименований.