V международная молодежная научная конференция «Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики»
Скачать 2.08 Mb.
|
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА СЭНДВИЧ СТРУКТУРЫ ПРИ ВЗРЫВНЫХ НАГРУЗКАХ INVESTIGATION OF THE BEHAVIOR OF THE ICE COVER SANDWICH STRUCTURE UNDER EXPLOSIVE LOAD Г.Н. Богомолов G.N. Bogomolov Национальный исследовательский Томский государственный университет National research Tomsk State University bogomol-ncto@mail.ru В настоящее время актуальным является изучение поведения льда при динамическом нагружении. Российская Федерация входит в пятерку ледовых стран, между которыми обострилась конкурентная борьба за добычу природных ископаемых на шельфе Северного Ледовитого океана. Развитие арктической зоны является очень важным для нашей страны. Лед - это древнейший природный материал, прочностные свойства которого все еще малоизучены. Это связано со сложной внутренней структурой льда, наличием многократных фазовых переходов в процессе нагружения, особенностью кристаллической решетки и т.д. Следует отметить, что данный факт известен еще со времен пионерских работ Кана, Маэно, Богородского и др. На базе лаборатории НИИ прикладной математики и механики Томского государственного университета по инициативе сотрудников организована мобильная лаборатория «Исследования поведения природных материалов при взрывном нагружении». Основная цель заключается в экспресс-анализе поведения природных материалов при взрыве. При проведении натурных экспериментов (испытаний) объектами исследования были заснеженный, бесснежный и ледяной покров сэндвич структуры. Экспериментальные результаты, которые были достигнуты в ходе экспедиций, вполне могут использоваться при верификации разрабатываемых средств математического моделирования. Подавляющее большинство экспедиций были проведены в Сибирском Федеральном Округе. Постоянными партнерами являются МЧС России по Томской области и ООО «КузбассСпец-Взрыв» [1, 2]. В НИИМ ННГУ им. Н.И. Лобачевского ведется активная работа по созданию экспериментальной базы для изучения микроструктуры геоматериалов, их связи с макромеханическими свойствами. Систематически проводились исследования динамической сжимаемости и прочностных свойств мягких, мерзлых грунтов и горных пород. Были развиты методы теоретического анализа волновых процессов в геоматериалах с использованием современных модельных представлений и численных схем. Разработаны интегрированные пакеты программ "Динамика-2", UPSGOD для решения широкого класса задач ударного и взрывного нагружения конструкций при взаимодействии со средами различной физической природы, в том числе с грунтами и горными породами [3]. Целью настоящей работы являлось комплексное теоретико-экспериментальное исследование поведения льда сэндвич структуры при подрыве в воде заряда эмульсионного ВВ. Ледяной покров имел сэндвич структуру и состоял из снега, шуги и однородного льда. Совместная работа состояла из проведения натурных испытаний и численному моделированию данной задачи при помощи оригинальных методик расчета в 2D, 3D постановках. При проведении UNDEX-эксперимента (Under explosive/подводный взрыв) были получены диаметры взрывных майн, радиус разлета осколков, исследована кромка и лицевая поверхность ледяного покрова вблизи эпицентра взрыва. Результаты получены фото и видео-роликами процесса. При численном моделировании данной задачи рассчитано напряженно-деформированное и термодинамическое состояние льда (взято несколько контрольных точек в различных местах преграды), зависимость скорости льда лицевой поверхности, поврежденность льда. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных указывает на их 10% расхождение. Работа поддержена РФФИ (код проекта 15-38-51219). Литература 1. Орлов М.Ю., Богомолов Г.Н., Голубятников В.В., Садохин А.Н. Исследование процессов динамического нагружения природных материалов. Часть 1.Эксперимент и расчет взрывного нагружения известняка // Фундаментальные основы баллистического проектирования: IVВсероссийская научно-техническая конференция. Санкт-Петербург, 23–28 июня 2014 г.: Сборник материалов / под ред. Б.Э. Керта; Балт. гост. техн. университет. СПб, 2014. С. 164–165. 2. Глазырин В.П., Орлов М.Ю., Орлова Ю.Н., Орлов Ю.Н. Численное моделирование процессов разрушения льда //Решетневские чтения: материалы XIX Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 55-летию Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. М.Ф.Решетнева (10–14 нояб. 2015, г. Красноярск): в 2 ч. / под общ. ред. Ю.Ю. Логинова. Красноярск: Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. 2015. Ч. 2. С. 144–146. 3. Глазова Е.Г., Кочетков А.В., Крылов С.В., Зефиров С.В. Численное моделирование процессов нормального удара и проникания осесимметричного тела в мерзлый грунт // Изв. РАН. Механика твердого тела. №5. 2015. С. 48–56. ИССЛЕДОВАНИЕ ГОРЕНИЯ СМЕСЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ СОДЕРЖАЩИХ СМЕШАННОЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЕ ГОРЮЧЕЕ INVESTIGATION OF COMBUSTION OF COMPOSITE COMPOSITIONS CONTAINING MIXED METAL FUEL Н.Н. Золоторев N.N. Zolotorev Национальный ИсследовательскийТомский государственный университет, Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики, Томск, Россия Tomsk State University, Research Institute of Applied Mathematics and Mechanics, Tomsk, Russia nikzolotorev@mail.ru Одним из основных направлений при создании газогенераторов и двигательных установок широкого назначения является поиск новых высокоэффективных энергетических материалов. По мере развития техники все более широкое применение находят газогенераторы, работающие на смесевых композициях (СК), содержащих металлическое горючее. Известно, что применение металлического горючего значительно улучшает энергетические характеристики СК [1]. Одним из путей повышения энергетических характеристик СК является использование в их составе металлов в виде порошков с различной степенью измельчения. Наибольшее распространение в энергетических установках получили алюминий, магний, бериллий, бор, цирконий и другие металлы. Температура плавления окиси алюминия Al2O3 лежит в пределах 2010–2050 °С, а температура кипения 2980 °С [2]. Температура кипения окиси алюминия, выше температуры кипения металла, металл испаряется и пары его, диффундируя через окисел, смешиваются с кислородом и сгорают. Добавка бора в пиротехнические составы и топлива, облегчает их воспламенение, поэтому он находит широкое применение в воспламенительных составах, реже в безгазовых и твердых топливах. Применение бора сдерживается значительной агломерацией частиц при горении состава, низкой полнотой сгорания и невысокой температурой горения, что объясняется низкой температурой плавления образующейся на частицах бора плёнки оксида бора и значительными затратами тепла на его плавление и испарение [3]. Температура плавления оксида бора B2O3 составляет 450 °C. В связи с этим образующаяся на поверхности частицы оксидная пленка обладает защитными свойствами. В работе [4] отмечается, что согласно экспериментальным данным температура частиц бора в момент воспламенения находится между температурой плавления 2200 °C и температурой кипения бора 3658 °C. Изучение конденсированных систем при субатмосферных давлениях имеет важное практическое значение. При понижении давления химические реакции идут медленнее, что способствует более яркому проявлению влияния соотношения компонентов, добавок на характеристики горения. Более точное представление о механизме горения СК необходимо при разработке новых рецептур высокоэнергетических материалов (ВЭМ), а так же важно при поиске путей расширения области применения. Основной функцией при расчете внутрибаллистических характеристик энергетических систем является зависимость скорости горения от давления. В данной работе было исследовано горение СК на основе перхлората аммония (ПХА) дисперсностью меньше 50 мкм, инертного горючего–связующего СКДМ–80 и металлического горючего алюминий/бор, при субатмосферных давлениях. Коэффициент избытка окислителя смесевой композиции α=0,5. Экспериментально был получен степенной закон скорости горения в диапазоне давлений 0,02÷0,07 МПа Анализ результатов показал, что в исследованных смесевых композициях замена порошка алюминия микронных размеров АСД-6 на ультрадисперсный алюминий УДП, при прочих равных условиях, приводит к тому, что в диапазоне давлений р=0,02÷0,07 МПа скорость горения образцов ПХА/СКДМ-80/Alex/B увеличивается в 1,4 раза, а показатель степени ν в законе скорости горения снижается от 0,78 до 0,54. Замена смешанного металлического горючего с добавлением бора в СК приводит к увеличению скорости горения, а так же сокращает время задержки воспламенения и повышает эффективность горения алюминия в СК. Работа проведена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», соглашение № 14.578.21.0034, уникальный идентификатор ПНИ RFMEFI57814X0034. Литература 1. Лемперт Д.Б., Ничипоренко Г.Н., Манелис Г.Б. Энергетические возможности высокоплотных смесевых твердых ракетных топлив, содержащих цирконий или его гибрид // Физика горения и взрыва. 2011. Т. 47, № 1. С. 52–61. 2. Чалый В.П. Гидроокиси металлов. Киев: Наукова думка, 1972. 3. Жуков Б.П. Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь. М.: Янус–К, 2000. 4. Похил П.Ф., Беляев А.Ф., Фролов Ю.В. и др. Горение порошкообразных металлов в активных средах. М.: Наука, 1972. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ВЗРЫВНОГО НАГРУЖЕНИЯ ИЗВЕСТНЯКА SOME FEATURES OF EXPLOSIVE LOADING LIMESTONE М.Ю. Орлов, А.А. Кулешов, Б.С. Гусев M.Yu. Orlov, A.A. Kuleshov, B.S. Gusev Национальный исследовательский Томский государственный университет National research Tomsk State University orloff_m@mail.ru Интерес к изучению поведения природных материалов при взрывном нагружении в настоящее время не угасает. Это объясняется необходимостью построения физико-математических моделей поведения материалов при экстремальных нагрузках. Очевидно, что для более глубокого понимания процессов, протекающих в природных материалах под нагрузкой, наряду со средствами математического моделирования, следует привлекать современные экспериментальные методики исследования. Проведение полномасштабных экспериментальных работ является важнейшим направлением исследований в рамках фундаментальной проблемы изучения поведения природных материалов при динамическом нагружении. Создание мобильной лаборатории «Взрывное разрушение материалов» на базе отдела МДТТ НИИ прикладной математики и механики Томского государственного университета расширяет исследовательские возможности [1]. На сегодняшний день в арсенале мобильной лаборатории имеется современное измерительное оборудование, в том числе штангенциркуль, линейки и измерительные рулетки от 1 до 50 метров, лазерный цифровой ультразвуковой дальномер, строительные алюминиевые уровни от 50 до 150 см и другие меры длины и принадлежности. Состояние объектов исследования после подрыва заряда ВВ (ледяного покрова, известняка) фиксируется при помощи цифровой фотокамеры с разрешением матрицы до 20 МПикс. Все участники экспедиции снабжены индивидуальными средствами защиты. Основными результатами, которые могут быть получены в процессе проведения экспериментальных работ, являются: диаметры и глубины взрывных майн и кратеров, радиус разлета осколков от эпицентра взрыва, температура окружающего воздуха и объектов исследования, фиксируется состояние кромки с различных ракурсов. На наш взгляд, этого вполне достаточно для проведения некоторых качественных и даже количественных тестов. Ниже представлены результаты натурного испытания по подрыву известнякового массива. Экспериментальные работы проведены на одном из карьеров Сибирского Федерального Округа в конце 2015 года. Экспериментальная площадка составила более 50 м2. На площадке подготовлены 6 лунок глубиной 2 метра и диаметром 11 см. Расстояние между лунками ~ 3 метра. Известняк относится к крепким горным породам, поэтому процесс бурения лунки производен при помощи погружного пневмоударника. Проведенные геологоразведочные работы установили, что на глубине более 10 метров под известняком находится вода в жидкой фазе. В качестве взрывчатки использовалась штатное эмульсионное ВВ марки Эмуласт АС-30-ФП-90 в полиэтиленовой оболочке массой 4 кг. Общая масса ВВ была 16 кг (13, 12 кг в тротиловом эквиваленте). ВВ располагалась полностью в скважине. После одновременного подрыва ВВ продуктами детонации были выброшены куски породы различных размеров (в основном небольших). Радиус разлета осколков составил более 10 метров. Детальный осмотр места эксперимента позволил определить диаметр первой скважины, который составил 1,5–1,7 метра. Результаты натурного испытания получены в виде фото и видео материалов. Авторы благодарят главного инженера ООО «КузбассСпецВзрыв» к.т.н. Садохина А.Н. и к.ф.м.н., доцента Козулина А.А. за помощь в проведении экспериментальных работ. Литература
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗРЫВНОГО НАГРУЖЕНИЯ ЛЬДА. ЧАСТЬ 2. ПОДВОДНЫЙ ВЗРЫВ ЗАСНЕЖЕННОГО ПОРИСТОГО ЛЬДА INVESTIGATION OF THE PROCESSES OF EXPLOSIVE LOADING OF ICE. PART 2. UNDERWATER EXPLOSION POROUS SNOW-COVERED ICE Ю.Н. Орлова Yu.N. Orlova Национальный Исследовательсский Томский политехнический университет National Research Tomsk Polytechnic University orlovaun@mail.ru Актуальность исследований поведения льда при ударно-взрывных нагрузках в настоящее время не вызывает сомнений. Российская Федерация входит в пятерку «ледовых» стран, поэтому существует необходимость в развитии транспортных связей и проектировании портов в замерзающих морях Крайнего Севера, а также увеличение добычи природных ископаемых в районах вечной мерзлоты. Следует отметить, что в нашей стране нет государственной поддержки ледовых исследований, как, например, в США, где совместно с военно-морскими силами возобновлена программа “SCICEX”, в рамках которой идет сбор научных данных с помощью новейших надводных и подводных средств. Поэтому получение надежных экспериментальных данных является крайне важным при построении физико-математической модели деформирования и разрушения льда при динамических нагрузках. Настоящая работа является продолжением систематических исследований взрывного нагружения речного льда [1]. В работе проведены экспериментальные исследования процесса взрывного нагружения заснеженного ледяного покрова штатным эмульсионным взрывчатым веществом (ВВ) – Эмуласт АС-30 ФП. Начальная плотность 1,34 г/см3, скорость детонации – 4700 м/с. Эксперименты проведены совместно с ОАО «Кузбаcс-СпецВзрыв» и МЧС РФ по ТО в рамках ежегодных противопаводковых мероприятий. Объект исследования – заснеженный ледяной покров (толщина льда 70 см). Температурный режим, установленный накануне эксперимента, позволяет утверждать, что речной лед был более пористый, чем обычно. Рассмотрено 10 лунок, диаметр каждой 16 см. Подрыв ВВ осуществлялся подо льдом 4-х кг зарядом ВВ. Результаты получены в виде фото- и видеоматериалов. |
Похожие:
 | Физических основ прочности в Институте механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук |  | России, стран СНГ и дальнего зарубежья. Форма проведения Конференции – заочная, очного участия не предусмотрено. Рабочий язык Конференции... |
| России, стран СНГ и дальнего зарубежья. Форма проведения Конференции – заочная, очного участия не предусмотрено. Рабочий язык Конференции... | | К участию в Конференции приглашаются ученые, преподаватели, аспиранты, докторанты, студенты вузов и ссузов, ведущие научные исследования... |
| Ссионального образования «Башкирский государственный аграрный университет» (Башкирский гау) проводит Вторую международную молодежную... | | Актуальные проблемы лингвистики и лингводидактики иностранного языка делового и профессионального общения |
| Системные проблемы надёжности, качества, компьютерного моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах... | | «Новосибирск Экспоцентр» в рамках Международной выставки машиностроения и металлообработки mashex siberia по адресу: г. Новосибирск,... |
| Деловое письмо как предмет в 10 – 12 классах специальной (коррекционной) общеобразовательной школы VIII вида | | Актуальные проблемы современной науки: Труды 14-й Международной конференции -конкурса «Актуальные проблемы современной науки». Гуманитарные... |