Движение и разрушение кумулятивных струй из различных материалов

Формирующиеся при кумулятивном взрыве металлические КС представляют собой высокоскоростные удлиненные осесимметричные (или плоскосимметричные) тела. Образующееся в процессе взрывного формирования распределение осевой скорости движения различных частей КС характеризуется наличием перепада от головных к хвостовым элементам, при этом головная часть имеет скорость порядка первой космической, а хвостовые элементы, как правило, движутся со скоростью около 2 км/с.

Характер распределения осевой скорости дви­жения по длине КС задает величину начального градиента , локальное значение которого определяется отношением перепада осевой скорости к начальной длине элемента КС, которая, как принято считать, равна длине соответствующего участка образующей металлической кумулятивной облицовки. Значение начального градиента осевой скорости меняется по длине КС и определяет начальную скорость деформирования элементов струи. Большинство осесимметричных КС характеризуется значениями .

Под действием градиента скорости, КС в свободном полете растягиваются в осевом направлении с одновременным уменьшением поперечного размера. При этом для большинства струй, на начальной стадии их существования характерно равномерное по всей длине растяжение без сосредоточенной деформации и с сохранением близкой к цилиндрической или слабоконической формы (см. рис. 17.16, а, где приведена рентгенограмма КС лабораторного КЗ диаметром d = 50 мм на момент 70 мкс от начала развития взрыва). Такую стадию в некоторых случаях называют инерционной. Далее растяжение постепенно локализуется в областях образующихся на струе множественных шеек (шеечная стадия растяжения). В итоге КС распадается на отдельные безградиентные элементы, в дальнейшем не меняющие свою длину (рис. 17.16, б, где показана рентгенограмма той же, что и на рис. 17.16, а, КС, но для более позднего момента времени).

Рис. 17.16. Рентгенограммы растягивающейся высокоградиентной медной
КС лабораторного 50-мм КЗ:
t = 70 мкс, стадия равномерного растяжения (а);
t = 160 мкс, стадия развития шеек и разрыва струи (б)

На рис. 17.17 приведена характерная пространственно-временная (z – t) диаграмма процесса растяжения и разрыва таких КС, где прямая 1 соответствует распространению ДВ по заряду ВВ, кривая 2 характеризует последовательное схлопывание различных элементов облицовки (время t и осевую координату z образования соответствующих элементов струи), прямые 3 показывают изменение координат элементов струи со временем. На диаграмме выделены три характерных области: область равномерного деформирования КС 4, область шеечной стадии 5 и область разорванной струи 6.

Рис. 17.17. Пространственно-временная (z — t) диаграмма процесса
растяжения и разрыва кумулятивной струи

Характер разрушения КС на отдельные элементы различен и зависит от свойств материала КО и от геометрических и кинематических характеристик КС (начальный радиус элементов r_jo, начальный градиент осевой скорости ). Так, медные высокоградиентные струи разрываются на отдельные элементы удивительно закономерным образом, подобным показанному на рентгенограмме (рис. 17.16, б). Для такого типа разрушения (пластического разрушения) характерно образование геометрически подобных отдельных элементов с развитыми шейками, радиус которых близок к нулю.

Иной характер имеет разрушение струй из других материалов. Так, КС из свинца, вольфрама разрушаются объемно, как это показано на примере свинцовой струи на рентгенограммах рис. 17.18 для трех последовательных моментов времени. Разрыв струй, образованных КЗ со стальными облицовками, в большинстве случаев происходит без образования выраженной шейки, путем «квазихрупкого» отрыва (рис. 17.19). Подобный вид разрушения характерен в некоторых случаях и для медных струй (см. рис. 17.12, где приведена рентгенограмма медной массивной низкоградиентной КС в момент ее разрыва).

Рис. 17.18. Характер растяжения и объемное разрушение
свинцовой кумулятивной струи

Рис. 17.19. «Квазихрупкое» разрушение стальной кумулятивной струи

Показанная на рис. 17.17 пространственно-временная (z – t) диаграмма процесса растяжения и разрыва характерна для пластически разрушающихся кумулятивных струй. Анализ этой диаграммы позволяет ввести в рассмотрение количественные характеристики этого процесса. В отечественной научной литературе в основу этого положена концепция предельного удлинения, в соответствии с которой основной количественной характеристикой растяжения и разрыва является коэффициент предельного удлинения, определяемый отношением суммарной длины отдельных элементов, образовавшихся после разрыва определенного участка струи, к его начальной длине (длина соответствующего участка по образующей КО): . Коэффициент предельного удлинения по существу является показателем динамической пластичности или же деформационным критерием разрушения материала, деформируемого в условиях кумулятивной струи.

Еще одной характеристикой разрушения является количество отдельных элементов Ni, образующихся при разрыве определенного участка струи, или же всей струи в целом – N. В связи с явственным выделением на (z – t) диаграмме области равномерного деформирования КС и области развития шеек на струе, в качестве дополнительной количественной характеристики процесса растяжения КС может быть рассмотрен так называемый коэффициент инерционного удлинения п₁ = l_i/l_o, определяемый длиной l₁ участка струи в момент начала развития на нем шеек, и характеризующий завершение стадии равномерного деформирования данного участка. Следует отметить, что в зарубежной литературе в качестве основной характеристики разрыва КС рассматривается время разрыва струи на отдельные элементы t_b (breakup time). Коэффициент предельного удлинения п_b и время разрыва струи t_b взаимосвязаны, и по существу являются разными формами представления одной и той же информации.