Введение к работе
Актуальность темы. Изучение процессов, связанных с воздействием импульсов проникающего излучения на материалы и конструкции, стимулируется интенсивным развитием таких областей науки и техники, как космическое материаловедение, обработка материалов лазерным и электронным излучением. Кроме того, существует проблема защиты элементов конструкций ракетно-космической техники (РКТ) от импульсных воздействий, которые могут быть вызваны, например, мощными корпускулярными пучками или мощным импульсным рентгеновским излучением. Натурные эксперименты в области параметров, представляющих практический интерес, являются чрезвычайно дорогостоящими, а во многих случаях и невозможными. Оптимизация создаваемых защитных покрытий космических аппаратов требует значительной экспериментальной работы. В связи с этим возникает необходимость количественного прогнозирования процессов, сопровождающих высокознергетические воздействия с объемным энерговыделением.
Обсуждвемые процессы быстрого объемного энерговыделения происходят при практически постоянной плотности вещества и сопровождаются генерацией интенсивных волн сжатия и разрежения. В этом смысле можно говорить о явлении термоудара в материалах и конструкциях. Для корректного расчета динаміки и результатов бысокоэ-нергетических воздействий необходимы сведения о термодинамических и механических свойствах всех материалов, используемых в ракетно-космической технике, в соответствующем диапазоне амплитудно-временных параметров нагрузки. Между тем, имеющиеся в настоящее время сведения о свойствах композиционных материалов и смесевых энергетических материалов при ударно-волновых воздействиях и термоударе явно недостаточны. Построение уравнений состояния полимерных и композиционных материалов затрудняется большим разбросом в данных по коэффициенту Грюнайзена этих материалов. Неясен в целом вопрос об универсальности коэффициента Грюнайзена для различных типов импульсных воздействий.
Поглощение поверхностным слоем, проникающего корпускулярного или иного излучеьия и вызванные им ударно-волновые явления могут приводить к различным нежелательным явлениям в конструкциях РКТ. По мере уменьшения интенсивности импульсного воздействия это могут быть: I. Инициирование детонации или горения заряда смесевого энергети-
ческого материала.
2. Разрушение элементов конструкции.
3, Расслоения, отколы в материалах наружного теплозащитного
покрытия (ТЗП), корпуса, к смесевого энергетического материала.
В 'связи с этим актуальность работы определяется острой необходимостью в информации о свойствах конструкционных материалов, твердых топлив и защитных покрытий. Эти данные важны для определения стойкости РКТ к мощному импульсному рентгеновскому излучению и другим высокоэнергетическим воздействиям, а также для оптимизации состава и структуры защитных покрытий. Кроме того, полученные экспериментальные данные могут быть использованы при численном моделировании процессов утилизации РКТ. Импульсные воздействия, интенсивность . которых выие достаточных для1 возбуадения детонации, изучать, по-видимому, нецелесообразно. Приведенный обзор явлений не исчерпывает все возможные процессы, которые могут происходить в конструкциях при действии потоков энергии.
Целью работы является анализ факторов мощных импульсных воздействий на материалы и конструкции РКТ, построение определяющих соотношений для математического моделирования ударно-волновых и тешюфизических процессов в конструкциях, подвергшихся такого рода воздействиям.
Научная новизна и практическая ценность работы
Новизна результатов диссертационной работы заключается в:
I." Результатах измерений профилей давления в смесовых энергетических материалах в процессе инициирования и развития детонации, позволивших численно описать их поведение в ударных и детонационных волнах.
2. Результатах измерений ударной сжимаемости и откольной
прочности ряда композиционных материалов.'
3. Методе и результатах оценки воздействия потоков энергии на
гетерогенную среду.
Развитые в'диссертации подход и определение основных свойсть ;."лтс-риалов используемых в РКТ позволяют прогнозировать результаты воздействия мощных импульсов проникающего излучения на элементы конструкций РКТ. Полученные результаты были использованы для интерпретации натурного физического опыта. Предложенная модель эффективно-
го коэффициента Грюнайзена может быть использована для определения
оптимального количества содержания тяжелых элементов в создаваемых
покрытиях и пересчета давления возникающего в гетерогенной среде
при импульсном воздействии излучений различных типов.
Реализованная в экспериментах методика измерения эффективного
коэффициента Грюнайзена позволила аттестовать ряд материалов с
позиции генерации в них ударных волн в условиях быстрого объемного
энерговыделения. Результаты экспериментов' использованы в
промышленности на предприятиях ЛНПО "Союз", НПО "Композит",
ВДИИМАШ, В/Ч 12462 В 1988-1994 годах. \
\
Положения, вындсимне на защиту \
1. Метод и результаты оценки эффективного коэффициента Грюнайзена
смесевых и композиционных материалов в условиях быстрого объемного
энерговиделеййя в зависійязетк от содержания в них тяжелых
компонентов,
2. Результата зкепершивятаианого исследования макрокинетики
взрывчатого превращения тигачвого смесевого твердого топлива в
ударных и детонационных волнах.
3. Метод оценки уравнения состояния продуктов детонаций путем ана
лиза экспериментальных профилей давления пересжатой детонации в
двух сечениях образца, для которого необходимо минимальное число
взрывных экспериментов.
4.. Способ регулирования критического диаметра детонации смесевых твердых топлив, содержащих высокоактивный окислитель, с использованием 7-излучения.
Апробация работы. -
Материалы диссертации опубликованы в центральных научных журналах и сборниках 11-16] и докладывались на 6-, 7--, 8-, 10-ом Международных совещаниях по уравнениям состояния вещества (Эльбрус 1988, 1990, 1992, 1994 годах), на 1-ом -Всесоюзном совещании "Физика и техника высокоскоростного удара" (Владивосток 1990), на конференции "Мощные электрофизические установки, физика плазмы и пучков заряженных частиц" Ноорус (Эстония) в 1990 и 1991 годах. Метода оценки уравнения состояния продуктов детонации из измерений профилей давления при пересжатой детонации докладывались на 2-ой Международной конференции по пиротехнике и взрыву в Покине
(І99ІГ.), на конференции 19th International Symposium on Shock Waves (Marseille, 1993). МбТОДН ИССЛеДОВЭНИЯ уравнений СОСТОЯНИЯ
при воздействии импульсного электронного пучка на полимерные Материалы на конференции Shock Compression of Condensed Matter (США, 1991г.), На 2-ом Всесоюзном симпозиуме по радиционной плазмодинамике, МТТУ, 1991, на международной конференции "Ударные волны в конденсированных средах" (С-Петербург, 1994г.).
Структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем составляет *** страницу машинописного текста, из них: основного текста -^2 стр., рисунков-- /в стр., список цитируемой литературы на 14 стр. (126 наименований).