1.5. ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ПРИ НАГРУЖЕНИИ УДАРНЫМИ ВОЛНАМИ

Большинство операций обработки металлов взрывом основано на воздействии на них УВ. Она представляет собой зону сжатия, распространяющуюся по веществу со сверхзвуковой скоростью. Фронт ее — это чрезвычайно узкая зона — поверхность разрыва в математическом смысле [20], при переходе через которую параметры состояния и движения вещества меняются скачкообразно, т.е. в направлении нормали к поверхности разрыва возникают их бесконечно большие градиенты.

Уравнения, описывающие состояние среды, нагруженной УВ, выводятся из общих законов сохранения массы, момента количества движения (импульса) и энергии, которые для случая разрыва непрерывности записываются в конечно-разностной форме [21—23]. Если обозначить В — скорость фронта УВ, и — скорость потока вещества за ним, р — давление,

V =— — объем, С — внутренняя энергия, р — плотность вещества, то урав-Р

нения сохранения будут иметь вид

/'в„г£гА(ми

и = (р-р0)(У0-У),(1.12)

Е-Еп=±{р-р0Уу0-у),(1.13)

где индекс «0» относится к параметрам не возмущенного вещества. Они известны как соотношения Ренкина—Гюгонио и определяют связь параметров состояния и движения вещества по обе стороны фронта УВ с его скоростью. Выражение (1.13), связывающее начальные и конечные давления и объемы, носит название ударной адиабаты или адиабаты Гюгонио. Она отражает совокупность состояний вещества, в которые оно может перейти из начального состояния в результате однократного ударного сжатия [14, 16, 22, 23].

Прохождение мощной УВ по веществу сопровождается прежде всего сильным его сжатием и нагревом. Традиционно УВ используются для исследования поведения вещества в экстремальных условиях [22]. К настоящему времени удалось получить давления в УВ порядка 10 Мбар [14], при которых вещество разогревается до температур порядка 104К и претерпевает примерно двукратное сжатие [14]. Л. В. Альтшулер с сотрудниками достигли рекордного трех- и четырехкратного сжатия при давлении около 34,5 Мбар железа и стали, помещенных вблизи эпицентра подземного ядерного взрыва [20, 24].

Область давлений в УВ, используемых при металлообработке взрывом, занимает диапазон от десятков до сотен (иногда 1.2 тыс.) кбар [25—30]. Наибольшее распространение для возбуждения в металлах УВ такой интенсивности получили ВВ. Они представляют собой сравнительно неустойчивые в термодинамическом смысле индивидуальные химические соединения или механические смеси, самораспространяющееся превр.-ичение ко-