Разрушение цилиндрических ампул, содержащих твердофазно реагирующие смеси, в условиях взрывного нагружения

С.А. Зелепугин, О.В. Иванова, А.С. Юношев, А.С. Зелепугин показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 02 июля 2015; Исправлена: 05 октября 2015; Принята: 18 октября 2015
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: С.А. Зелепугин, О.В. Иванова, А.С. Юношев, А.С. Зелепугин. Разрушение цилиндрических ампул, содержащих твердофазно реагирующие смеси, в условиях взрывного нагружения. Письма о материалах. 2015. Т.5. №4. С.468-472
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2015-4-468-472

Аннотация

Экспериментально и численно исследованы особенности твердофазного синтеза в смесях алюминий–сера и алюминий–фторопласт в цилиндрических ампулах в условиях взрывного нагружения. В экспериментах параметры взрывного нагружения подбирались близкими к тем, которые обычно используются для взрывного компактирования инертных пористых наполнителей в цилиндрических ампулах. Экспериментальные результаты показывают, что при использовании в качестве наполнителя смеси, способной к сверхбыстрым экзотермическим реакциям в условиях взрывного нагружения, цилиндрические ампулы разрушаются. Для выявления причин разрушения ампул проведены численные расчеты методом конечных элементов на основе модели многокомпонентной среды. При исследовании деформирования многокомпонентных сред необходимо учитывать состояние и реакцию каждого компонента, а также смещение компонентов внутри выделенного объема смеси. В качестве совместного условия деформирования компонентов выбрано условие равенства давлений компонентов смеси. Реакция синтеза в смеси описывалась с помощью феноменологической модели необратимых химических превращений, основанной на кинетике нулевого порядка. Моделирование компактирования пористой смеси проводилось с помощью кинетической модели активного типа, определяющей рост или схлопывание пор, непрерывно изменяющих свойства материала и вызывающих релаксацию напряжений. Установлено, что при отражении проходящей ударной волны от нижней крышки ампулы в виде волны сжатия в нижней части ампулы наблюдается резкое повышение давления, что сопровождается ростом скорости химических превращений. Высокая скорость тепловыделения в ходе химической реакции в нижней части ампулы приводит к образованию газовой фазы, что ведет к дальнейшему росту давления и является причиной разрушения ампулы.

Ссылки (25)

1. Physics of an explosion, Ed. by L.P. Orlenko. Moscow, Fizmatlit. (2002) 1488 p. (in Russian) [Физика взрыва /Под ред. Л.П. Орленко. М., Физматлит. 2002. 1488 с].
2. V.V. Selivanov, S.A. Novikov, I.F. Kobylkin. Explosivetechnologies. Moscow, BMSTU. (2008) 648 p. (in Russian)[В.В. Селиванов, С.А. Новиков, И.Ф. Кобылкин.Взрывные технологии. М., МГТУ им. Баумана. 2008.648 с.].
3. V.V. Danilenko. Explosion: physics, engineering, technology. Moscow, Energoatomizdat. (2010). 784 p.(in Russian) [В.В. Даниленко. Взрыв: физика, техника, технология. М., Энергоатомиздат. 2010. 784 с.].
4. S.A. Zelepugin, A.Yu. Dolgoborodov, O.V. Ivanova, A.S. Zelepugin. Shock wave synthesis in solid mixtures:Monograph. Tomsk, Institute of Atmospheric Optics SBRAS. (2012) 230 p. (in Russian) [С.А. Зелепугин, А.Ю.Долгобородов, О.В. Иванова, А.С. Зелепугин. Ударно-волновой синтез в твердых смесях. Монография.Томск, ИОА СО РАН, 2012. 230 с.].
5. L.B. Pervukhin, M.I. Alymov, I.V. Saikov, R.D. Kapustin, O.L. Pervukhina, E.V. Petrov. Letters on materials. 5(1), 57 (2015). (in Russian) [Л.Б. Первухин, М.И. Алымов, И.В. Сайков, Р.Д. Капустин, О.Л. Первухина, Е.В.Петров. Письма о материалах. 5(1), 57 (2015)].
6. V.A. Shcherbakov, A.N. Gryadunov, N.V. Sachkova, A.V. Samokhin. Letters on materials. 5(1), 20 (2015). (inRussian) [В.А. Щербаков, А.Н. Грядунов, Н.В. Сачкова, А.В. Самохин. Письма о материалах. 5(1), 20 (2015)].
7. M.I. Alymov, L.B. Pervukhin, A.S. Rogachev, O.L.Pervukhina, I.V. Saikov. Letters on materials. 4(3), 153(2014). (in Russian) [М.И. Алымов, Л.Б. Первухин, А.С. Рогачев, О.Л. Первухина, И.В. Сайков. Письма оматериалах. 4(3), 153 (2014).].
8. A.Yu. Dolgoborodov, M.N. Makhov, A.N. Streletskij, I.V. Kolbanev, Gogulya M.F. V.E. Fortov. KhimicheskayaFizika. 23(9) 85 (2004). [А.Ю. Долгобородов, М.Н.Махов, А.Н. Стрелецкий, И.В. Колбанёв, М.Ф. Гогуля, В.Е. Фортов. Химическая физика. 23(9) 85 (2004)].
9. S.A. Rashkovskii, A.Y. Dolgoborodov. TechnicalPhysics Letters. 41(6) 575 (2015). [С.А. Рашковский, А.Ю.Долгобородов. Письма в ЖТФ. 41(12) 24 (2015)]. Crossref
10. A.Yu. Dolgoborodov. Combustion, Explosion and ShockWaves. 51(1) 86 (2015). [А.Ю. Долгобородов. Физика горения и взрыва. 51(1), 102 (2015).]. Crossref
11. O. Ivanova, S. Zelepugin, A. Yunoshev, V.Silvestrov. J. Energ. Mater. 28(1) 303 (2010). Crossref
12. O.V. Ivanova, S.A. Zelepugin, A.S. Yunoshev, V.V.Sil’vestrov. Eurasian Chemico-Technological Journal.16(1) 3 (2014).
13. S.A. Zelepugin, O.V. Ivanova, A.S. Yunoshev, V.V.Sil’vestrov. Doklady Physical Chemistry 434(2) 172 (2010).[С.А. Зелепугин, О.В.Иванова, А.С. Юношев, В.В. Сильвестров. ДокладыАкадемии наук. 434(5) 643 (2010)]. Crossref
14. O.V. Ivanova, S.A. Zelepugin. Russian Physics Journal55(9-3) 46 (2012). (in Russian) [О.В. Иванова, С.А.Зелепугин. Известия вузов. Физика. 55(9-3) 46(2012)].
15. O.V. Ivanova, S.A. Zelepugin. Applied Mechanics andMaterials. 770. 174 (2015). Crossref
16. O.V. Ivanova, S.A. Zelepugin. International Journal ofSelf-Propagating High-Temperature Synthesis. 23(4) 192(2014). Crossref
17. O.L. Pervukhina. Izvestiya VolgGTU. (9) 60 (2006). (inRussian) [О.Л. Первухина. Известия ВолгГТУ. (9) 60(2006)].
18. V.A. Corelski, S.A. Zelepugin. International Journal ofSelf-Propagating High-Temperature Synthesis. 8(1) 43(1999).
19. R.I. Nigmatulin. Dynamics of multiphase media. 1. NewYork, Hemisphere. 507 p. (1991). [Р.И. Нигматулин.Динамика многофазных сред. Ч.1. M., Наука. 1987.464 с.].
20. A.S. Shteinberg, A.A. Berlin, A.A. Denisaev, A.S.Mukasyan. International Journal of Self-PropagatingHigh-Temperature Synthesis. 20(4) 259 (2011). Crossref
21. S.A. Zelepugin, V.B. Nikulichev. Combustion, Explosionand Shock Waves. 36(6) 845 (2000). [С.А. Зелепугин, В.Б. Никуличев. Физика горения и взрыва. 36(6) 186(2000)].
22. S.A. Zelepugin, V.B. Nikulichev, O.V. Ivanova, A.S.Zelepugin. Khimicheskaya Fizika. 24(10) 76 (2005).(in Russian). [С.А. Зелепугин, В.Б. Никуличев, О.В.Иванова, А.С. Зелепугин. Химическая физика. 24(10)76 (2005)].
23. S.A. Zelepugin, V.B. Nikulichev, O.V. Ivanova. AIP Conf.Proc. 845 1177 (2006). Crossref
24. G.R.Johnson.InternationalJournal ofImpactEngineering.38(6) 456 (2011). Crossref
25. V.A. Gorelski, S.A. Zelepugin, A.Yu. Smolin.Computational Mathematics and Mathematical Physics.37(6) 722 (1997). [В.А. Горельский, С.А. Зелепугин, А.Ю. Смолин. Журнал вычислительной математикии математической физики. 37(6) 742 (1997)].

Цитирования (6)

1.
Nina A. Adamenko, Galina V. Agafonova, Andrej V. Kazurov. MSF. 946, 14 (2019). Crossref
2.
S. Zelepugin, O. Ivanova, A. Yunoshev, A. Zelepugin. J. Phys.: Conf. Ser. 894, 012033 (2017). Crossref
3.
O. Ivanova, S. Zelepugin. J. Phys.: Conf. Ser. 1115, 042006 (2018). Crossref
4.
S. Zelepugin, O. Ivanova, A. Yunoshev, A. Zelepugin. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 177, 012071 (2017). Crossref
5.
I. V. Saikov, S. A. Seropyan, G. R. Saikova, M. I. Alymov. Dokl Phys Chem. 492(1), 60 (2020). Crossref
6.
Roman O. Cherepanov, Sergey A. Zelepugin, Oxana V. Ivanova. 2020 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE).1106 (2020). Crossref

Другие статьи на эту тему