Регистрация / Вход
Прислать материал

Физика динамических быстропротекающих процессов

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0189
Организация
ФГОУ ВПО "СарФТИ"
Руководитель работ
Михайлов Анатолий Леонидович

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"

Этапы проекта

1
25.06.2009 - 15.12.2009
1) Исследование ударной сжимаемости газообразного гелия при
квазиизэнтропическом сжатии.
2) Определение скоростей звука в стали и олове при интенсивном
динамическом нагружении.
3) Оценка параметров плавления в ударной волне на основании
экспериментальных данных по определению скоростей звука
4) Исследование процесса образования полости в медном шаре
при его всестороннем обжатии.
5) Теоретическое обоснование процесса образования полости
полости в медном шаре при его всестороннем обжатии
6) Исследование инициирования детонации ударными волнами и
распространения детонационных волн в ВВ.
7) Исследование релаксации упругого предвестника в стали.
8) Исследование развития турбулентного перемешивания,
возникающего при неустойчивости Рэлея-Тейлора на границе газ-
жидкость.
9) Исследование роста возмущений на контактной границе ПВ-
металл.
10) Отработка устройства взрывного типа для разрезки
транспортёрной ленты в угольных шахтах.
1 . Научно-методическое обеспечение мероприятий (круглых
столов, семинаров) по тематике НИР.
Развернуть
2
01.01.2010 - 25.06.2010
1. Наименование разрабатываемой продукции
Отчет о НИР, содержащий обоснование развиваемого направления исследований, изложение методик проведения исследований, а также описание полученных результатов.

2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции.
Определены зависимости упругой продольной и объемной скоростей звука от давления в титане и его сплаве.
Выполнено два опыта по измерению скоростей звука в титане марки BT1-00 методом манганинового датчика. В опыте при давлении 13,4 ГПа зарегистрирована двухволновая конфигурация волны разрежения. В диапазоне давлений 48÷135 ГПа методом индикаторной жидкости измерены скорости звука для сплава ВТ-20. Излома в полученной зависимости скоростей звука от давления для ВТ-20 не зарегистрировано.
Проведен взрывной рентгеновский эксперимент, также с помощью многокадровой регистрации протонного радиографического изображения на синхротроне У-70 зарегистрирован временной процесс возникновения и развития полости в алюминиевом шаре при его нагружении сферическими сходящимися ударными волнами. Проведено численное моделирование опытов. При сравнении расчетных и экспериментальных данных получено как качественное, так и количественное воспроизведение динамики образования и развития полости в алюминиевом шаре.
Проведена оценка параметров ударноволнового плавления пяти конструкционных материалов на основании экспериментальных данных по определению упругой и пластической скоростей звука. Определены следующие параметры области ударноволнового плавления пяти металлов:
Для железа плавление начинается при Р = 243 ГПа, оканчивается при P = 260 ГПа. Для алюминия область плавления лежит в пределах P = 120-145 ГПа. Для меди выявлено только начало области плавления P =160 ГПа. Определение параметров окончания плавления требует проведение дополнительных экспериментов. Для тантала и ВНЖ эксперименты проведены до давлений P < 85 ГПа. Плавление в ударной волне в этой области не обнаружено. Для тантала и ВНЖ требуется провести эксперименты в области высоких (до 200-250ГПа) давлений с целью выявления их области ударноволнового плавления.
Проведены расчётно-экспериментальные исследования ударной сжимаемости пористого алюминия в широком диапазоне давлений и пористостей, получены точки на ударных адиабатах, как в области полного закрытия пор, так и в области их неполного закрытия. Для описания эксперимента применена термодинамическая модель пористого тела. На данном этапе работы модель пористого тела тестировалась на измерениях ударной сжимаемости.
Приведены описание методик по радиальному и торцевому (фронтальному) метанию с использованием жидких взрывчатых веществ (ЖВВ) с добавками алюминиевых порошков. Проведены две серии экспериментов (в каждой серии по 4 опыта). Получено качественное согласие по обеим методикам, при этом увеличение кислородного баланса жидкого ВВ и увеличение размера частиц приводит к увеличению метательной способности взрывчатого состава.
3. Области и масштабы использования полученных результатов
Исследование ряда металлов при давлениях, реализуемых в ударно-волновых экспериментах, показывает наличие у них переходов в менее сжимаемую фазу. В ряде случаев эти фазовые переходы отождествляются с плавлением металлов. Плавление конструкционных материалов при ударно-волновом сжатии и в процессе изэнтропической разгрузки представляет значительный научно-практический интерес. Термодинамические данные, получаемые в подобных экспериментах, позволяют строить двухфазные уравнения состояния. Широкое применение конструкционных материалов также требует тщательного изучения упругопластических и термодинамических свойств этих материалов. Данные, полученные в результате работ, необходимы для проведения дальнейших экспериментов в области более высоких давлений нагружения. Определение области ударноволнового плавления металлов является достаточно сложной и трудоёмкой задачей. Во многих металлах до настоящего времени точные значения границ области плавления отсутствуют. В некоторых работах опубликованы зависимости продольной (Cl) и объемной (С0) скоростей звука, а границы области плавления не приводятся.
Исследования взрывного обжатия шаров с использованием сходящихся сферических ударных волн открывают большие возможности при изучении свойств твердых деформируемых тел в экстремальных состояниях. Такие исследования дают возможность получения экспериментальной информации о пластических и прочностных свойствах металлов при воздействии на них импульсных нагрузок и происходящих в них при этом необратимых структурных изменениях.
Опыты по квазисферическому деформированию шаров используются для исследования структурных, фазовых и физико-химических изменений в образцах различных материалов. Из опытов с шарами извлекается полезная информация о пригодности различных моделей деформирования.
Моделирование динамического поведения пористых тел является интересной и актуальной задачей. Широко известны классические работы по изучению сжимаемости пористых тел с целью получения информации об уравнении состояния веществ. Для используемых с этой целью достаточно высоких давлений, когда сжимаемая среда гомогенна, моделирование не представляет особых трудностей. Наоборот, при низких давлениях, когда поры нельзя считать полностью закрытыми, моделирование поведения пористых тел представляет собой очень сложную и до сих пор во всей полноте не решенную задачу. Вместе с тем, последняя область представляет особый интерес, в том числе и с практической точки зрения: например, в проблеме динамического компактирования предварительно разрушенного материала.
Появление нанопорошков алюминия (размер частиц 50-100 нм) делает актуальной задачу изучения механизма и закономерностей протекания реакций между активным металлом и продуктами детонации конденсированных ВВ для поиска условий увеличения бризантного действия смесей ВВ с порошками наноалюминия. При этом следует подчеркнуть, что исследование механизма окисления алюминия наиболее целесообразно проводить на жидких взрывчатых смесях, которые позволяют обеспечить максимальную однородность (гомогенность) исследуемой взрывчатой среды, а также легко и в широких пределах варьировать кислородный баланс. увеличение которого приводит к увеличению метательной способности взрывчатого состава. Создание нового жидкого взрывчатого состава позволяет исследовать процессы разгона метаемых объектов с целью увеличения скорости и симметрии полета.
4. Выводы
В ходе выполнения научно-исследовательских работ этапа 2 были получены новые данные, которые будут использоваться при построении термодинамических уравнений состояния, определяющих соотношений, описывающих процессы химических, фазовых и полиморфных состояний, релаксационных моделей упругопластического деформирования и разрушения.
Результаты будут использоваться для решения практических задач, возникающих при разработке и эксплуатации энергонасыщенных объектов, характеризующихся квазистационарными динамическими процессами с высокими плотностями энергии, импульсными давлениями, температурами и соответствующими волновыми течениями, фазовыми превращениями и химическими реакциями.
Результаты исследований также будут применяться в процессе подготовки специалистов на кафедре «Теоретическая и экспериментальная механика» физико-технического факультета Саровского физико-технического института – филиала Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ».
Развернуть
3
26.06.2010 - 15.12.2010
1. Проведены эксперименты по регистрации профиля ударной волны в урановых образцах с помощью методики лазерного интерферометра при давлениях ударного сжатия ≈ 40-70 ГПа. Выполнен расчётно-теоретический анализ полученных экспериментальных данных.
2. Детально рассмотрены процессы разрушения и компактирования ударно-нагруженных веществ и возможности моделирования этих процессов. Предложена постановка экспериментов.
3. Приведены результаты исследований развития турбулентного перемешивания и локального 2D-возмущения на границе разноплотных газов при различных значениях чисел Маха ударной волны.
2D-возмущения в форме паза при низких числах Маха развивается в виде двух вихрей. С повышением числа Маха вихри размываются интенсивно развивающейся зоной перемешивания. По результатам исследования 2D-возмущений в форме треугольного выступа получено, что независимо от величины числа Маха возмущение развивается в виде струи. Темп роста амплитуды данного возмущения в «легкий» газ зависит от величины сжатия возмущения ударной волной и интенсивности развития зоны ТП. Полученные результаты могут быть использованы для тестирования расчетных методик.
4. Разработана чертежно-техническая документация, изготовлены и испытаны в лабораторных условиях макеты УВР-резаков для наружной резки опор морских нефтяных и газовых платформ.
Использование в резаке взрывного метода резки, основанного на столкновении ударных волн разрежения, позволило разрезать стальные толстостенные трубы существенно меньшим количеством ВВ, по сравнению с существующими другими методами. Выбраны габариты основного заряда ВВ и созданы опытные конструкции устройств, работающих на основе метода взаимодействия ударных волн разрежения.
Результаты исследований также будут применяться в процессе подготовки специалистов на кафедре «Теоретическая и экспериментальная механика» физико-технического факультета Саровского физико-технического института – филиала Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ».
Развернуть
4
01.01.2011 - 20.06.2011
1) Исследование сжатия пористых веществ в области малых
давлений.
2) Построение ударной адиабаты пористых веществ в области
малых давлений
3) Построение определяющих уравнений динамической
прочности металлов и сплавов при ударно-волновых
воздействиях.
4) Построение численной модели откольного разрушения
металлов.
5) Исследование развития локального возмущения в газах в
диапазоне чисел Маха ударной волны от 5 до 10.
1 . Научно-методическое обеспечение мероприятий (круглых
столов, семинаров) по тематике НИР.
Развернуть
5
21.06.2011 - 30.10.2011
Создана база экспериментальных данных для верификации моделей и программ по расчету развития гидродинамических неустойчивочтей и турбулентного перемешивания;
внедрены разработки гражданских приложений взрывных технологий
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2009 - 2011, 27 мес.
Бюджетные средства
3 млн
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 5 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
ФИАН
профинансировано
Тема
Исследование динамических процессов в многофазных системах энергетики.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка технологии и создание автоматизированной системы визуализации трехмерных моделей результатов анализа и моделирования динамических процессов в режиме реального времени.
Продолжительность работ
2007 - 2008, 12 мес.
Бюджетные средства
64 млн
Количество заявок
1
Тема
«Организационно-техническое обеспечение проведения всероссийской молодежной конференции «Проблемы физики высокотемпературных процессов в сильно неравновесных средах»»
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
0
Тема
«Организационно-техническое обеспечение проведения всероссийской молодежной конференции «Проблемы физики высокотемпературных процессов в сильно неравновесных средах»»
Продолжительность работ
2011, 2 мес.
Бюджетные средства
1 млн
Количество заявок
0
Тема
Проведение прикладных исследований процессов динамического, высокоскоростного деформирования, структурных изменений в материале под воздействием импульсных магнитных полей. Разработка новых магнитно-импульсных технологий обработки материалов.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
5