Московский государственный


Специфика ударно-волнового взаимодействия



страница4/9
Дата01.02.2018
Размер6.52 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9

2. Специфика ударно-волнового взаимодействия


Учитывая сформулированные граничные и начальные условия, расчетную схему взаимодействия ультраструи жидкости (воды) с преградой (мишенью), а также принимая во внимание упомянутые выше критерии разрушения материала, рассмотрим результаты моделирования на примере сплавов Д16 и ВТ95.

Механизм разрушения пластичного материала (алюминиевого сплава Д16) при воздействии на него высокоскоростной струи жидкости, c учетом разрушения материала в соответствии с заданным прочностным критерием откольной прочности, реализуется согласно рис. 2 и состоит из следующих основных этапов:



  • при начальном контакте ультраструи с преградой (~5-7 мкс) образуется характерный валик пластического оттеснения материала, струя проникает в преграду (см. рис. 3);

  • приводится в действие механизм расклинивания (~10-16 мкс);

  • по периметру пятна контакта струи с преградой образуется кольцевая область пластического деформирования (см. рис. 2, области пластических деформаций показаны *), разрушение металла происходит по сдвиговому механизму;

  • на окончательном этапе экстремальное напряженно-деформированное состояние, вызванное эффектом расклинивания и среза (сдвига), приводит к «выбиванию пробки» материала (~20 мкс).

В качестве сравнения на рис. 4 рассмотрены основные этапы взаимодействия высокоскоростной струи воды с алюминиевым сплавом Д16 (предел текучести 0,3 ГПа, критические деформации 0,43), но c учетом разрушения данного материала в соответствии с заданным деформационным критерием разрушения. Отличительной особенностью данных этапов разрушения материала является образование трещин, появление и развитие которых наблюдается, начиная со 108 мкс взаимодействия (см. рис. 3, области трещинообразования показаны **). Появления трещин отмечается как со стороны воздействия ультраструи, так и с противоположной от ее действия стороны по оси симметрии. Данные трещины, являясь концентраторами напряжений, продолжают расти и развиваться (108-162 мкс) по периферийным зонам контакта ультраструи и материала. В итоге данного процесса за счет сочетания расклинивающего действия струи и процессов трещинообразования происходит разрез («раскрытие») материала.











0 мкс

2 мкс

4 мкс

6 мкс

8 мкс











10 мкс

14 мкс

16 мкс

18 мкс

20 мкс

1 – ультраструя, 2 – материал преграды (мишени)

Рисунок 2 – Этапы (повременно) проникновения высокоскоростной ультраструи воды в алюминиевую преграду (сплав Д16) c учетом разрушения ее материала по прочностному критерию откольной прочности (~0.8 ГПа) (области пластических деформаций показаны *)


Проведя сравнение между полученными результатами моделирования на примере сплава Д16 следует отметить, что расчеты, выполненные с учетом деформационного критерия соответствуют реально протекающим процессам разрушения данного материала, выявленным в результате проведения экспериментальных исследований, а также близки к реальному времени протекания процесса резания, которое приблизительно в 10 раз медленнее для данного расчетного случая в сравнении с первым вариантом расчетов по прочностному критерию откольной прочности.

Рисунок 3 – Начальный этап (~5-7 мкс) взаимодействия ультраструи воды с преградой из сплава Д16













0 мкс

18 мкс

36 мкс

54 мкс

90 мкс











108 мкс

126 мкс

144 мкс

162 мкс

180 мкс

Рисунок 4 - Этапы проникания высокоскоростной ультраструи воды в алюминиевую (Д16) преграду c учетом разрушения ее материала по деформационному критерию (области трещинообразования показаны **)
В качестве дополнения к уже рассмотренному процессу разрушения материала в соответствии с заданным деформационным критерием рассмотрим аналогичный расчетный случай для сплава В95 (см. рис. 5), который схож с механизмом разрушения Д16 и имеет те же основные этапы.











0 мкс

34 мкс

68 мкс

136 мкс

170 мкс











204 мкс

238 мкс

272 мкс

306 мкс

340 мкс

Рисунок 5 – Этапы взаимодействия высокоскоростной ультраструи воды с алюминиевой (сплав В95) преградой c учетом разрушения ее материала по деформационному критерию (области трещинообразования показаны **)
Однако, учитывая полученные результаты, следует заметить, что наиболее универсальным подходом к проведению моделирования является подход учитывающий оба критерия разрушения материала. Комбинация критерия откольной прочности с критерием предельных пластических деформаций позволит учесть первый из них на этапе взаимодействии ультраструи с ударными волнами, возникающими в зоне взаимодействия с материалом, а второй при движении ультраструи в глубине материала преграды (мишени).

Учитывая это, можно дать несколько практических замечаний, которые не смотря на свою достаточную очевидность могут быть использованы в решении некоторых перспективных задач, в частности диагностики материалов ультраструйным методом:



  • механизм гидроразрушения при действии на мишень ультраструи жидкости зависит от физико-механических характеристик материала;

  • по величине валика пластического оттеснения металла из зоны контакта «струя – преграда» можно судить о пластических харакетристиках материала.





Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9


База данных защищена авторским правом ©znate.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница