Взаимодействие ударника с преградой при протекании электрического тока вдоль ее поверхности
Представлены возможные схемы электромагнитной защиты преграды. Исследовано взаимодействие ударника с основной стенкой преграды после его проникания через предзащитный слой. Данная проблема актуальна также для токоведущих шин рельсовых ускорителей. Выполнен теоретический анализ взаимодействия удар...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Datum: | 2002 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2002
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46914 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Взаимодействие ударника с преградой при протекании электрического тока вдоль ее поверхности / В.Т. Чемерис, Б.С. Карпинос, А.И. Райченко // Проблемы прочности. — 2002. — № 5. — С. 115-122. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46914 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Чемерис, В.Т. Карпинос, Б.С. Райченко, А.И. 2013-07-07T19:41:34Z 2013-07-07T19:41:34Z 2002 Взаимодействие ударника с преградой при протекании электрического тока вдоль ее поверхности / В.Т. Чемерис, Б.С. Карпинос, А.И. Райченко // Проблемы прочности. — 2002. — № 5. — С. 115-122. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46914 539.3-534.142, 620.172.251 Представлены возможные схемы электромагнитной защиты преграды. Исследовано взаимодействие ударника с основной стенкой преграды после его проникания через предзащитный слой. Данная проблема актуальна также для токоведущих шин рельсовых ускорителей. Выполнен теоретический анализ взаимодействия ударника с мишенью при однонаправленном электрическом токе для случая, когда кинетическая энергия ударника достаточна для образования кратера из расплавленного металла вокруг вершины ударника. Анализ базировался на сформулированном обобщенном термодинамическом критерии разрушения твердых тел. Рассмотрен ударник, имеющий наконечник в форме полусферы, направление удара считается нормальным к поверхности мишени. Найдено распределение электромагнитного давления в слое расплавленного металла и определено изменение результирующей силы сопротивляемости материала за счет электромагнитных сил. Сделан вывод, что ток снижает прочностные характеристики материала за счет того, что добавочная электромагнитная сила направлена в глубь мишени, т.е. совпадает с направлением скорости ударника. Наведено можливі схеми електромагнітного захисту перешкоди. Розглянуто взаємодію ударника з основною стінкою перешкоди після його проникання крізь передзахисний шар. Проблема актуальна також для струмоведучих шин рейкових прискорювачів. Виконано теоретичний аналіз взаємодії ударника з перешкодою за наявності скерованого електричного струму у випадку, коли кінетична енергія ударника достатня для утворення кратера з розплавленого металу навколо вершини ударника. Аналіз базувався на сформульованому узагальненому термодинамічному критерії руйнування твердих тіл. Розглянуто ударник, що має наконечник у формі півсфери, напрямок удару приймається нормальним до поверхні мішені. Знайдено розподіл електромагнітного тиску у шарі розплавленого металу і визначено зміну результуючої сили опору матеріалу за рахунок електромагнітних сил. Зроблено висновок, що за наявності поверхневого електричного струму характеристики міцності матеріалу зменшуються внаслідок того, що додаткова електромагнітна сила спрямована у глиб мішені, тобто збігається з напрямком швидкості ударника. We present possible schemes of electromagnetic shielding of a barrier. We study interaction between a striker and the main plane of a barrier after the additional shielding layer is penetrated, which case is typical of the raildriver bus-bars. Theoretical analysis of the striker/target interaction under condition of unidirectional electric flow has been performed for the case where kinetic energy of the striker is sufficient for the melted metal cratering to form around the striker head. For the above analysis, a generalized thermodynamic fracture criterion for solid bodies was formulated. We studied a striker with a hemispherical head and impact direction normal to the target surface. We found electromagnetic pressure distribution in the layer of melted metal and determined changes in the net resistance of the material induced by electromagnetic factors. It was concluded that electric flow deteriorates the material strength characteristics due to the fact that the additional electromagnetic force is directed into the target depth, i.e., its direction coincides with the striker velocity direction. Доклад на IV Международном симпозиуме “Прочность и разрушение материалов и элементов конструкций при импульсном нагружении” (IMPULSE-2001). ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Взаимодействие ударника с преградой при протекании электрического тока вдоль ее поверхности Striker/Barrier Interaction with Electric Current Flow along the Barrier Surface Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Взаимодействие ударника с преградой при протекании электрического тока вдоль ее поверхности |
| spellingShingle |
Взаимодействие ударника с преградой при протекании электрического тока вдоль ее поверхности Чемерис, В.Т. Карпинос, Б.С. Райченко, А.И. Научно-технический раздел |
| title_short |
Взаимодействие ударника с преградой при протекании электрического тока вдоль ее поверхности |
| title_full |
Взаимодействие ударника с преградой при протекании электрического тока вдоль ее поверхности |
| title_fullStr |
Взаимодействие ударника с преградой при протекании электрического тока вдоль ее поверхности |
| title_full_unstemmed |
Взаимодействие ударника с преградой при протекании электрического тока вдоль ее поверхности |
| title_sort |
взаимодействие ударника с преградой при протекании электрического тока вдоль ее поверхности |
| author |
Чемерис, В.Т. Карпинос, Б.С. Райченко, А.И. |
| author_facet |
Чемерис, В.Т. Карпинос, Б.С. Райченко, А.И. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2002 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы прочности |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Striker/Barrier Interaction with Electric Current Flow along the Barrier Surface |
| description |
Представлены возможные схемы электромагнитной защиты преграды. Исследовано взаимодействие
ударника с основной стенкой преграды после его проникания через предзащитный
слой. Данная проблема актуальна также для токоведущих шин рельсовых ускорителей.
Выполнен теоретический анализ взаимодействия ударника с мишенью при однонаправленном
электрическом токе для случая, когда кинетическая энергия ударника достаточна для
образования кратера из расплавленного металла вокруг вершины ударника. Анализ базировался
на сформулированном обобщенном термодинамическом критерии разрушения твердых
тел. Рассмотрен ударник, имеющий наконечник в форме полусферы, направление удара считается
нормальным к поверхности мишени. Найдено распределение электромагнитного
давления в слое расплавленного металла и определено изменение результирующей силы сопротивляемости
материала за счет электромагнитных сил. Сделан вывод, что ток снижает
прочностные характеристики материала за счет того, что добавочная электромагнитная
сила направлена в глубь мишени, т.е. совпадает с направлением скорости ударника.
Наведено можливі схеми електромагнітного захисту перешкоди. Розглянуто
взаємодію ударника з основною стінкою перешкоди після його проникання
крізь передзахисний шар. Проблема актуальна також для струмоведучих
шин рейкових прискорювачів. Виконано теоретичний аналіз взаємодії ударника
з перешкодою за наявності скерованого електричного струму у випадку,
коли кінетична енергія ударника достатня для утворення кратера з
розплавленого металу навколо вершини ударника. Аналіз базувався на
сформульованому узагальненому термодинамічному критерії руйнування
твердих тіл. Розглянуто ударник, що має наконечник у формі півсфери,
напрямок удару приймається нормальним до поверхні мішені. Знайдено
розподіл електромагнітного тиску у шарі розплавленого металу і визначено
зміну результуючої сили опору матеріалу за рахунок електромагнітних сил.
Зроблено висновок, що за наявності поверхневого електричного струму
характеристики міцності матеріалу зменшуються внаслідок того, що додаткова
електромагнітна сила спрямована у глиб мішені, тобто збігається з
напрямком швидкості ударника.
We present possible schemes of electromagnetic
shielding of a barrier. We study interaction
between a striker and the main plane of a
barrier after the additional shielding layer is
penetrated, which case is typical of the raildriver
bus-bars. Theoretical analysis of the
striker/target interaction under condition of unidirectional
electric flow has been performed for
the case where kinetic energy of the striker is
sufficient for the melted metal cratering to form
around the striker head. For the above analysis,
a generalized thermodynamic fracture criterion
for solid bodies was formulated. We studied a
striker with a hemispherical head and impact direction
normal to the target surface. We found
electromagnetic pressure distribution in the
layer of melted metal and determined changes
in the net resistance of the material induced by
electromagnetic factors. It was concluded that
electric flow deteriorates the material strength
characteristics due to the fact that the additional
electromagnetic force is directed into the target
depth, i.e., its direction coincides with the
striker velocity direction.
|
| issn |
0556-171X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46914 |
| citation_txt |
Взаимодействие ударника с преградой при протекании электрического тока вдоль ее поверхности / В.Т. Чемерис, Б.С. Карпинос, А.И. Райченко // Проблемы прочности. — 2002. — № 5. — С. 115-122. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT čemerisvt vzaimodeistvieudarnikaspregradoipriprotekaniiélektričeskogotokavdolʹeepoverhnosti AT karpinosbs vzaimodeistvieudarnikaspregradoipriprotekaniiélektričeskogotokavdolʹeepoverhnosti AT raičenkoai vzaimodeistvieudarnikaspregradoipriprotekaniiélektričeskogotokavdolʹeepoverhnosti AT čemerisvt strikerbarrierinteractionwithelectriccurrentflowalongthebarriersurface AT karpinosbs strikerbarrierinteractionwithelectriccurrentflowalongthebarriersurface AT raičenkoai strikerbarrierinteractionwithelectriccurrentflowalongthebarriersurface |
| first_indexed |
2025-11-24T15:57:43Z |
| last_indexed |
2025-11-24T15:57:43Z |
| _version_ |
1850849670531645440 |
| fulltext |
УДК 539.3-534.142, 620.172.251
В заи м одей стви е удар ни к а с п реградой при протекании
электрического тока вдоль ее поверхности*
В. Т. Чемериса, Б. С. Карпинос6, А. И. Райченков
а Институт электродинамики НАН Украины, Киев, Украина
6 Институт проблем прочности НАН Украины, Киев, Украина
в Институт проблем материаловедения НАН Украины, Киев, Украина
Представлены возможные схемы электромагнитной защиты преграды. Исследовано взаимо
действие ударника с основной стенкой преграды после его проникания через предзащитный
слой. Данная проблема актуальна также для токоведущих шин рельсовых ускорителей.
Выполнен теоретический анализ взаимодействия ударника с мишенью при однонаправленном
электрическом токе для случая, когда кинетическая энергия ударника достаточна для
образования кратера из расплавленного металла вокруг вершины ударника. Анализ базировал
ся на сформулированном обобщенном термодинамическом критерии разрушения твердых
тел. Рассмотрен ударник, имеющий наконечник в форме полусферы, направление удара счи
тается нормальным к поверхности мишени. Найдено распределение электромагнитного
давления в слое расплавленного металла и определено изменение результирующей силы сопро
тивляемости материала за счет электромагнитных сил. Сделан вывод, что ток снижает
прочностные характеристики материала за счет того, что добавочная электромагнит
ная сила направлена в глубь мишени, т.е. совпадает с направлением скорости ударника.
К лю чевы е слова : ударник, преграда, электрический ток, критерий проч
ности, электромагнитный эффект, твердое тело, жидкий металл.
Введение. Физика высокоскоростного соударения, сопровождаемого
протеканием электрического тока, имеет ряд особенностей, связанных не
только с выделением дополнительного джоулева тепла, но и с влиянием тока
на распределение слагаемых суммарной энергии взаимодействия.
Не касаясь микроскопических аспектов этого вопроса, авторы изучают
макроскопический эффект влияния электродинамических сил, обусловлен
ных геометрическими особенностями протекания поверхностного тока в
проводнике, на процесс проникания высокоскоростного ударника в мишень.
Ф ормулировка задачи. Рассматривается задача проникания ударника с
полусферическим наконечником в твердое тело с учетом образования в
последнем кратера из расплавленного металла. Предполагается, что одно
временно через слой расплавленного металла протекает импульс электри
ческого тока.
Задача актуальна для практических приложений в технике больших
импульсных токов, например для оценки живучести токоведущих шин рель
совых ускорителей макротел и систем электромагнитной защиты преград. В
обоих случаях полагается, что вдоль поверхности мишени создан электри
ческий ток с помощью соответствующего источника импульсного тока.
* Доклад на IV Международном симпозиуме “Прочность и разрушение материалов и
элементов конструкций при импульсном нагружении” (1МРиЬ8Е-2001).
© В. Т. ЧЕМЕРИС, Б. С. КАРПИНОС, А. И. РАЙЧЕНКО, 2002
0556-171Х. Проблемы прочности, 2002, № 5 115
В. Т. Чемерис, Б. С. Карпинос, А. И. Райченко
Схемы электромагнитной защ иты . Известны по меньшей мере две
гипотетические схемы повышения сопротивляемости разрушению преграды
за счет электромагнитных эффектов, одна из которых основывается на так
называемом “рельсотронном” эффекте и позволяет увеличить площадь удар
ного взаимодействия ударника и мишени. Это достигается благодаря некото
рому поперечному смещению ведущей части ударника вследствие появле
ния электродинамической силы Б , начиная с того момента времени, когда
ударник 2 замыкает электрическую цепь (рис. 1), содержащую заряженный
импульсный конденсатор С . Электрическое напряжение конденсатора при
ложено между поверхностью преграды 3 и дополнительным предзащитным
слоем 1.
В другой схеме (рис. 2) предполагается использовать сжатие магнит
ного потока в локальном объеме, ограниченном поверхностью преграды 3 и
дополнительным предзащитным слоем 1, после того как ударник 2 сопри
коснется с последним. Необходимо также обеспечить коммутацию и разряд
импульсного конденсатора С на токовый контур непосредственно перед
соударением. Закорачивание контура происходит под действием самого
ударника. В обеих схемах вектор Б показывает направление действия
электромагнитной силы.
Рис. 1. Использование “рельсотронного” Рис. 2. Использование эффекта компрессии
эффекта для защиты преграды. магнитного поля для защиты преграды.
Оценим возможность снижения разрушающего воздействия ударника
согласно схеме, приведенной на рис. 2. Если к моменту соприкосновения
ударника с предзащитным слоем 1 в контуре создан достаточно сильный
ток, то на дальнейшее деформирование слоя будет оказывать влияние
электрический ток, локализованный на внутренних поверхностях пред-
защитного слоя 1 и преграды 3.
Предположим, что слой выполнен из идеального гибкого проводника,
обладающего незначительной инерцией, и его изгиб имеет одномерный
характер (плоский изгиб). К моменту времени, когда точка перегиба слоя
достигнет основной стенки мишени, площадь поперечного сечения полости,
заключенной между ними, уменьшится вдвое. Индукция начального магнит
ного поля В о возрастет также вдвое в результате сжатия магнитного потока
(если пренебречь при этом потерями потока). Магнитная энергия в полости
увеличивается пропорционально квадрату индукции, но поскольку объем,
занимаемый полем, уменьшается вдвое, в конечной стадии магнитная энер
гия будет равна
^ ш 2 р шУ 0 ,
где р ш = В 2 Д л о представляет собой начальное магнитное давление в по
лости; л о - магнитная проницаемость; Vо - начальный объем поля. Заме
116 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2002, № 5
Взаимодействие ударника с преградой
тим, что при двухмерной деформации предзащитного слоя объем поля
уменьшился бы только на 30%, однако индукция повысилась бы менее чем в
два раза. Таким образом, согласно наиболее оптимистичной оценке прирост
магнитной энергии в полости не будет превышать ее начальное значение.
Изменение кинетической работы ударника без учета дополнительных видов
механической работы, совершаемой ударником, составит А Щ = к Щ т , где
к 5 - коэффициент потерь магнитной энергии. Среднее значение тормозящей
электромагнитной силы в направлении перемещения ударника равно
р = АЩк / к = к я • 2Р т Б 1,
где к - смещение ударника по нормали к поверхности мишени до сопри
косновения с основной стенкой мишени; Б ; - площадь токонесущей поверх
ности предзащитного слоя как восприемника магнитного давления. Тормо
зящая сила превышает по величине силу, обусловленную начальным маг
нитным давлением, за счет роста магнитной индукции при компрессии поля.
Известное выражение для индуктивности двух параллельных пластин с
током противоположного направления [1] запишем в виде
Ь = 0,5 л о Б С/Ь,
где Б С - площадь поперечного сечения полости, ограниченной поверх
ностью стенок; Ь - ширина токовой полосы, или каждой стенки. Это
позволяет оценить величину тока, необходимого для обеспечения противо
действия ударника с кинетической энергией 10 МДж, для снижения его
энергии на 10% за счет электромагнитной защиты. Величину электричес
кого тока можно определить следующим образом:
I = [А Щ •2^ / к , л 0Б с]1/2.
Численно при Ь = 0,05 мм, Б С = 0,07 X 0,2 м, А Щ =1 МДж, к 8 = 0,7
требуемый ток I равен 2,84 МА. Технически достаточно трудно обеспечить
такую величину. Тем не менее рассмотренная схема (рис. 2) не намного
сложнее для осуществления, чем схема, изображенная на рис. 1.
Влияние электромагнитной энергии на механические свойства про
водника. Электромагнитная энергия способна изменить прочностные и
деформационные характеристики металлов не только вследствие выделения
дополнительного джоулева тепла, но и в результате ее влияния на структуру
и физические свойства материалов. Соотношения между параметрами термо
динамического состояния, соответствующими различным видам энергии,
выглядят относительно просто для случая упругой неизотермической дефор
мации материала. В задаче об определении предельного состояния мате
риала при интенсивном воздействии различных видов энергии линейный
принцип аддитивности перестает быть справедливым. В этом случае более
корректным является использование термодинамического критерия проч
ности [2]
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2002, № 5 117
В. Т. Чемерис, Б. С. Карпинос, А. И. Райченко
У2(Иш) Д У
—---------= const,
У1(Ит)г
где У2(цт ) - суммарная механическая работа при деформировании до разру
шения; Г1(11т)̂ - энергия, затрачиваемая на нагрев материала (теплосодержа
ние); ДУ - относительное изменение объема материала в результате сум
марного теплового воздействия. Из термодинамического критерия проч
ности, как частные случаи, вытекают следующие зависимости между пре
дельными прочностными и деформационными характеристиками:
где Е - модуль Юнга; а - коэффициент термического расширения; £ е -
коэффициент электрострикции; Т - температура; Ф" - электрический потен
циал. Изменение характеристик материала под действием электрического
тока обозначено следующим образом: предела текучести - Д а 0 2, предела
прочности - Д а ь, предельной деформации - Др. Интерпретация этих зави
симостей для конкретных условий нагружения (плотности тока, темпера
туры, начальных механических нагрузок) является теоретико-эксперимен
тальной проблемой при оценке предельных характеристик проводника.
Применительно к задаче о проникании ударника в металлическую стенку
наряду с рассмотренными выше факторами необходимо учесть ряд допол
нительных. Задача об определении глубины проникания ударника Ь с
использованием теории подобия сведена к отысканию функциональной
зависимости
Аргументы этой функции включают критерии предельного состояния
при статическом нагружении а 0 2 / Е , а Ь/ Е , Д р , соотношение между меха
ническими и тепловыми процессами и отношение тепловой энергии к
энергии фазового перехода. Далее группа комбинированных критериев пред-
0
(1)
118 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2002, № 5
Взаимодействие ударника с преградой
ставляет относительную величину времени соударения, соотношение между
скоростью ударника v 0 и скоростью упругих волн, относительную потерю
массы А т мишени при соударении, отношение коэффициентов тепловой и
электромагнитной диффузии для материала мишени. Другие величины, ис
пользованные в (1): P - сила сопротивления удару; S - площадь соударения;
Ср - удельная теплоемкость; Q pï - теплота плавления; Tpï - температура
плавления; л - магнитная проницаемость мишени; U и i - электрическое
напряжение и ток; r - характеристический размер мишени; ат - коэф
фициент температуропроводности; Q e - электропроводность материала ми
шени; у - температурный коэффициент сопротивления электрическому току;
р 01 - плотность материала мишени; j и B - соответственно плотность тока и
магнитное поле в зоне контакта ударника с мишенью; t - длительность
соударения; H 1 и H 2 - статическая твердость для мишени и ударника
соответственно; % - форм-фактор для вершины ударника; lo - длина
ударника; d 0 - диаметр ударника. Хотя в общем случае повышение
температуры под действием электрического тока должно вызывать сниже
ние прочности материала, все же может наблюдаться и ее повышение, если
скорость деформирования очень высока. С использованием теории подобия
экспериментальные данные о кривых деформирования о = f (е ) материала
могут быть обобщены в виде
а = [1,822 + E i * ( - 0,1 - k Ее )]1+"г +Hj +n E
I j \
1-------
V Tpl
Шп
где E i (arg) - интегральная экспоненциальная функция; к е , nT , n j , n е , mT,
m j , m£ - эмпирические коэффициенты для соответствующих факторов влия
ния; j max и ё max - максимальные значения плотности электрического тока и
скорости деформации при испытаниях материала. Эти коэффициенты могут
быть определены при обработке экспериментальных кривых деформиро
вания образцов. Например, для проводниковых материалов электротехники
их значения таковы: к ё ~ 60...110; nT ~ 0 ...-0 ,15 ; n j ~ 0 ...-0 ,1 ; n ё ~ 0...0,3;
mT ~ 0,55...0,85; m j ~ 1...1,15; m£ ~1...2. Погрешность аппроксимации для
кривых деформации при использовании приведенных выше выражений
может достигать 5%.
Анализ проникания ударника. Для того чтобы при соударении на
поверхности мишени мог возникнуть кратер (ванна) из расплавленного
металла, скорость ударника должна быть достаточно высокой и отвечать
v 2
условию —01 0 ^ 103. Энергия, затрачиваемая на плавление металла (теп
° 0,2
лота плавления), будет равна Qpt = (mv 2 /2 )(1 - e 2), где e - коэффициент
отскока при ударе. С использованием значения e из [3] определен радиус
расплавленной зоны в мишени вокруг вершины ударника:
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2002, № 5 119
В. Т. Чемерис, Б. С. Карпинос, А. И. Райченко
ге = (г? + (3б р г / 2пЬР 01 ))1/3 ,
где г - радиус вершины ударника (задается в виде полусферы).
Предполагается, что вокруг вершины ударника имеется слой расплав
ленного металла. Вычислено электромагнитное давление в этом слое при
протекании однонаправленного электрического тока вдоль поверхности ми
шени (рис. 3).
Рис. 3. Схема расчетной модели.
Действующие при этом силы определены из уравнения движения, силы
вязкости не учитывались. Распределение плотности тока в непосредствен
ной близости от вершины ударника получено в цилиндрических коорди
натах (г , Ы) из решения электродинамической задачи
I
] е ] 0 1 -
* 3 3 '' Л г,-
\
соз Ыг - і 0 1 +
.3 3 '' Л Г;
зіп
I - & І
гдепараме^ Л Г 2 н 7 Г о 7
1/3
учитывает соотношение значений электро-
проводности мишени ^ е и ударника ^ 1; j о - невозмущенное значение
плотности тока на достаточном удалении от зоны соударения. Использо
валась соответствующая аппроксимация для распределения индукции маг
нитного поля. Путем интегрирования уравнения силового равновесия нахо
дим магнитное давление, которое действует на вершину ударника:
г
120 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2002, № 5
Взаимодействие ударника с преградой
(2)
где р о - базисная величина давления.
Суммарная сила, действующая на вершину ударника (электродинами
ческая в сумме с гидродинамической), равна
Функция / ( ^ к ) показана на рис. 4. Добавочная электродинамическая
сила в слое жидкого металла направлена в глубь мишени и снижает резуль
тирующую механическую сопротивляемость металла стенки по отношению
к прониканию ударника. Видно, что электромагнитная сила достигает уста
новившегося значения при стремлении отношения электрических проводи
мостей ^ д к бесконечности. Если вершина ударника не проводит электри
ческий ток (^ к ^ 0), то суммарная сила сопротивления определяется только
г- 2гидростатическим давлением: = л г { р о.
Рис. 4. Характер зависимости электромагнитной силы от соотношения проводимостей.
Заключение. Предложенная система инвариантов текущего и предель
ного термодинамического состояния материалов позволяет комплексно
учесть протекание механических и электродинамических процессов, а так
же процессов тепломассопереноса при механическом нагружении матери
ала.
Анализ влияния электрического тока, протекающего вдоль поверхности
мишени, свидетельствует о снижении результирующей механической проч
ности металла мишени. Это обусловлено тем, что добавочная электромаг
нитная сила направлена в глубь мишени.
Р е з ю м е
Наведено можливі схеми електромагнітного захисту перешкоди. Розглянуто
взаємодію ударника з основною стінкою перешкоди після його проникання
крізь передзахисний шар. Проблема актуальна також для струмоведучих
Б — ^ - 6ц оУо2г 2 • / ( Я д ),
где Я 1 — Я і І Я е ; / (Я Я ) — Я К / (2+ Я Я )2.
0.8
0.6
0,4
0.2
0 10 20 30 40
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2002, № 5 121
В. Т. Чемерис, Б. С. Карпинос, А. И. Райченко
т и н рейкових прискорювачів. Виконано теоретичний аналіз взаємодії удар
ника з перешкодою за наявності скерованого електричного струму у ви
падку, коли кінетична енергія ударника достатня для утворення кратера з
розплавленого металу навколо вершини ударника. Аналіз базувався на
сформульованому узагальненому термодинамічному критерії руйнування
твердих тіл. Розглянуто ударник, що має наконечник у формі півсфери,
напрямок удару приймається нормальним до поверхні мішені. Знайдено
розподіл електромагнітного тиску у шарі розплавленого металу і визначено
зміну результуючої сили опору матеріалу за рахунок електромагнітних сил.
Зроблено висновок, що за наявності поверхневого електричного струму
характеристики міцності матеріалу зменшуються внаслідок того, що додат
кова електромагнітна сила спрямована у глиб мішені, тобто збігається з
напрямком швидкості ударника.
1. Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля. - М.: Мир,
1972. - 392 с.
2. Третьяченко Г. Н ., Карпинос Б. С. Прочность и долговечность мате
риалов при циклических тепловых воздействиях. - Киев: Наук. думка,
1990. - 256 с.
3. Дж онсон К. Механика контактного взаимодействия. - М.: Мир, 1989. -
509 с.
Поступила 14. 11. 2001
122 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2002, № 5
|