Физические особенности разрушения преград конечной толщины при высокоскоростном пробитии их различными ударниками

УДК 539.3

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ПРЕГРАД КОНЕЧНОЙ ТОЛЩИНЫ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ПРОБИТИИ ИХ РАЗЛИЧНЫМИ УДАРНИКАМИ

© В.М. Захаров, И.Е. Хорев, В.В. Ярош

Ключевые слова: высокоскоростной удар; преграды; разрушение; проникание; пробитие; ударники.

Исследованы физические особенности разрушения преград конечной толщины при высокоскоростном пробитии их различными ударниками.

Исследования закономерностей разрушения преград конечной толщины имеет важное научное и прикладное значение. Возникает вопрос о том, что существуют достаточно логичные представления, в соответствии с которыми на кривых внедрения «провала», характерного для массивных преград [1-2], не будет из-за сильного и неизбежного тыльного разрушения преград при высоких скоростях взаимодействия независимо от состояния ударника - цел он или частично разрушен. Поэтому прямые и систематические экспериментальные исследования на конечных преградах имеют принципиальное значение.

Опыты проводились на пороховых баллистических установках (ПБУ) калибром от 12,7 до 23 мм. Скорость ударников определялась индукционными измерителями скорости (ИИС) с точностью измерения скорости 0,2 %. Опыты проводились с ударниками 12,7 БУ и

12,7 Б-32, имеющими стальной высокопрочный сердечник, и ударником 12,7 МК, содержащим высокопрочный металлокерамический сердечник. Все сердечники ударников размещались в мягкой биметаллической оболочке. Параметры ударников приведены в табл. 1.

Таблица 1

Г еометрические и массовые характеристики ударников

Параметры Ударники

12,7 БУ 12,7 Б-32 12,7 МК

Диаметр ударника, мм 12,7 12,7 12,7

Диаметр сердечника, мм 10,9 10,9 10,9

Длина сердечника, мм 35,7 52,9 34,4

Вес ударника, г 31,6 48,0 55,6

Материал У-12 А У-12 А РЭ-8

Твердость Ш£ 64-68 64-68 > 87

Плотность, г/см 7,95 7,95 14,60

Сердечники ударников 12,7 БУ и 121,7 МК близки по геометрическим характеристикам, а по весу сравнимы ударники 12,7 МК и 12,7 Б-32. Все ударники имеют одинаковый диаметр, и их сердечники также равного диаметра и имеют оживальную головную часть. Для сравнения в ряде опытов использовались подобные ударники диаметром 7,62 и 7,9 мм, содержащие стальные сердечники диаметром 6,1 мм.

В условиях нормального удара ставилась цель изучения вида кривых предельного пробивания преград конечной толщины для всех исследованных скоростных диапазонов. Получена кривая проникания для ударника 12,7 БУ при взаимодействии его с преградами низкой твердости (ПНТ) конечной толщины (сталь ОСВ, твердость по Бринеллю НВ170-190). Общий вид кривой проникания (рис. 1) свидетельствует о том, что имеют место те же закономерности, что и для массивных (полубесконечных) преград. На кривой проникания можно выделить диапазон скоростей соударения с относительно низкими скоростями (до 1500 м/с). В диапазоне скоростей (1500-1700 м/с) имеет место область критических скоростей взаимодействия, когда толщина пробития преград резко уменьшается, а при скоростях более 1700 м/с наблюдается диапазон «гидродинамических» скоростей взаимодействия, в котором кривая пробития обращена выпуклостью вверх и имеет характер насыщения.

В условиях нормального удара ставилась цель изучения физических особенностей предельного пробивания преград конечной толщины для всех характерных скоростных диапазонов.

Рис. 1. Зависимость предельного сквозного пробития ПНТ (ОсВ) ударником 12,7бУ

Особый практический интерес связан с применением высокопрочных и высокоплотных ударников при больших скоростях соударения. Нами были проведены эксперименты с ударниками 12,7 МК по ПНТ при скоростях взаимодействия до 1,8 км/с. Эти опыты показали, что проникание ударника 12,7 МК, имеющего металлокерамический сердечник, подчиняется тем же

1681

закономерностям внедрения, что и проникание стальных высокопрочных ударников. При этом кривая предельного пробивания при достижении критического диапазона скоростей взаимодействия также имеет характерный «провал», обусловленный разрушением сердечника ударника. Толщина пробиваемых преград в этом диапазоне уменьшается на 40 %. Границы критического диапазона скоростей для ударника 12,7 МК близки к границам этого диапазона для ударника

12,7 БУ. В координатах {(¿МО, Епсп } в диапазоне относительно низких скоростей соударения данные для стального и металлокерамического ударников можно описать одной кривой. Критический диапазон скоростей для ударника 12,7 БУ наступает при Епсп ~ 37 кДж, безразмерная толщина пробиваемых преград при этом составляет (b/d0) = 6,1. Для ударника 12,7 МК аналогичные критические значения равны Епсп = 60 кДж, (b/d0) = 9,0, что почти в 1,5 раза превышает пробивную способность стального ударника.

В случае массивных преград было установлено [3], что для ударников одного калибра различие в их массах за счет изменения длины или плотности материала дает равный эффект проникания при равной их начальной кинетической энергии. Этот важный для практики вывод был проверен и для случая конечных преград. На рис. 3 приведены данные по взаимодействию тех же ударников по конечным преградам средней твердости (ПСТ, НВ302) в диапазоне относительно низких скоростей соударения, где ударники обладают наибольшей проникающей способностью. Эксперименты показали, что для пластичных преград конечной толщины эти закономерности соблюдаются: при равной скорости взаимодействия более тяжелые ударники дают большее проникание, а в координатах {(¿М), Епсп} ударники имеют одинаковое проникания при равной кинетической энергии удара.

Особый практический интерес связан с применением высокопрочных и высокоплотных ударников при больших скоростях соударения. Были проведены эксперименты с ударниками 12,7 МК по ПНТ при скоростях взаимодействия до 1,8 км/с. Эти опыты показали, что проникание ударника 12,7 МК, имеющего металлокерамический сердечник, подчиняется тем же закономерностям внедрения, что и проникание стальных высокопрочных ударников. При этом кривая предельного пробивания при достижении критического диапазона скоростей взаимодействия также имеет характерный «провал», обусловленный разрушением сердечника ударника. Толщина пробиваемых преград в этом диапазоне уменьшается на 40 %. Границы критического диапазона скоростей для ударника 12,7 МК близки к границам этого диапазона для ударника 12,7 БУ. В координатах {(¿М), Епсп} в диапазоне относительно низких скоростей соударения данные для стального и

металлокерамического ударников можно описать одной кривой. Критический диапазон скоростей для ударника 12,7 БУ наступает при Епсп = 37 кДж, безразмерная толщина пробиваемых преград при этом составляет (b/d0) = 6,1. Для ударника 12,7 МК аналогичные критические значения равны Епсп = 60 кДж, (b/d0) = 9,0, что почти в 1,5 раза превышает пробивную способность стального ударника.

На рис. 1 приведены фотографии сохраненных образцов разрушения тыльной поверхности ПВТ ударником 12,7 БУ при нормальном ударе

02.10.2010

Рис. 2. Характер тыльного разрушения ПВТ ударником 12,7 БУ при нормальном ударе

ЛИТЕРАТУРА

1. Захаров В.М., Хорее И.Е. Особенности кратерообразования при динамическом нагружении стальных преград высокопрочными ударниками // Детонация. М.: Черноголовка, 1981. Вып. 2. С. 153-158.

2. Хорее И.Е., Захаров В.М., Ярош В.В. Физические особенности разрушения металлических тел при их высокоскоростном соударении // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2013. Т. 10. № 1. С. 77-81.

3. Горельский В.А., Захаров В.М., Хорее И.Е., Ярош В.В. Экспериментальное и теоретическое исследование разрушения ударников и преград при их высокоскоростном столкновении // Прочность и разрушение материалов и конструкций: материалы 6 Междунар. науч. конф. Оренбург, 2010. С. 124-131.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 11 -08-98062).

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Zakharov V.M., Khorev I.E., Yarosh V.V. PHYSICAL FEATURES OF DESTRUCTION OF TARGETS FINITE THICKNESS AT HIGH-SPEED PENETRATION OF DIFFERENT DRUMMER

The physical features of the final destruction of the barrier thickness at the high penetration of different drummers are researched.

Key words: high-speed impact; obstacles; destruction; penetration; penetration; drummers.

1682