Действие ударной волны

Действие взрывной волны, генерируемой детона­цией заряда BB, помещенного внутри какого-либо объекта или камеры, на стенки этого объекта можно разбить на две стадии. Первая стадия связана с нагружением стенок при первом паде­нии на них взрывной волны.

’> Описанные здесь методы, а также рис. 3.8 и 3.9 н табл. 3.2 будут ис­пользованы в гл. 5 для определения скорости «вторичных осколков», т. е. тел, образованных и ускоренных взрывной волной.

дующий импульсов давления. Амплитуда последующих импуль­сов давления снижается с течением времени вследствие необ­ратимых термодинамических процессов, а их форма может быть очень сложной из-за многократного отражения взрывных волн как в герметичных, так и в негерметичных камерах, снабженных разгрузочными отверстиями, через которые истекают продукты взрыва или горения. Максимальная величина начальной на­грузки на стенки камеры или стены помещения при внутреннем взрыве может быть оценена с помощью описанных в данной главе (см. выше) законов подобия или формул для случая нор­мального отражения взрывной волны от жесткой стенки.

Однако после первого отражения внутренней взрывной волны от стен помещения распределение действующего на стены дав­ления может быть очень сложным. На рис. 3.10 из работы Гре­гори [249] показано мгновенное распределение давлений при взрыве внутри негерметичной цилиндрической камеры, когда часть поверхности верхнего перекрытия, нижнего основания и боковых цилиндрических стенок подвергается действию отра­женной волны, причем реализуется косое падение для всех по­верхностей. При косом отражении взрывной волны могут обра­зоваться волны Маха, если угол падения достаточно велик; по­этому локальное давление может сильно расти в местах соеди­нения боковых стенок камеры с нижним основанием и верхним перекрытием при отражении взрывной волны от верхнего пере­крытия и нижнего основания вблизи оси симметрии цилиндри­ческой камеры.

После первого отражения волны распространяются от стенок к центру камеры и сталкиваются в центральной внутренней части камеры, при этом, как правило, их амплитуда возрастает, что приводит к образованию вторичной взрывной волны, вновь падающей на стенки камеры. Как уже отмечалось, избыточная амплитуда «вторичной» волны оказывается несколько меньше падающей; поэтому после нескольких циклов отражения взрыв­ных волн от стенок и геометрического центра камеры действие внутреннего избыточного давления на стенки камеры прекра­щается.

Нагрузка на стенки камеры может быть измерена обычными методами или рассчитана в случае камер достаточно симметрич­ной конфигурации. Взрывную нагрузку на стенки камеры срав­нительно легко рассчитать для камер сферической формы как при центральном, так и нецентральном расположении взрывного источника в камере [40, 48]. В камерах цилиндрической формы взрывную нагрузку, развивающуюся при взрыве источника, рас­положенного на оси камеры, можно (хотя это и связано со зна­чительными сложностями) рассчитать с помощью двумерных численных алгоритмов (см., например, рис. 3.11, также заим­ствованный из работы Грегори [249]). Для любых более слож­ных конфигураций (например, при ,расположении взрывного источника не на оси цилиндрической камеры, при взрывах в ка­мерах прямоугольного сечения или при наличии внутри камеры

каких-либо препятствий, а также в случае объектов более слож­ной формы) взрывную нагрузку уже нельзя рассчитать с по­мощью ЭВМ, и для ее определения необходимо проведение экспериментов. Большое количество экспериментальных данных о взрывных нагрузках, развивающихся при взрывах внутри ка­мер (помещений) кубической и цилиндрической® формы при равномерном распределении разгрузочных отверстий по поверх­ности камеры, получено в работе Кингери и др. [321].

Хотя динамика нагружения стенок помещений при внутрен­них взрывах в случае камер реальной геометрии является очень сложной, тем не менее с помощью законов подобия для отра­женных взрывных волн и нескольких упрощающих предположе­ний часто удается получить довольно простые оценки величины взрывной нагрузки при внутренних взрывах.

Рис. 3.11. Сопоставление расчетного (сплошная линия) п измеренного (штриховая линия) давлений на боковую Степку цилиндрической камеры [249].

Первое упрощающее предположение состоит в том, что па­дающая и отраженная волны имеют треугольные профили, т. е.

Однако длительности этих эффективных волн задаются не­совпадающими с реальными временами действия взрывной вол­ны— вместо этого им приписываются такие значения, чтобы сохранить правильное значение импульса взрывной волны, а

Нагрузки, создаваемые взрывными волнами

именно

В этом заключается второе предположение.

Третье упрощение основано на том, что в большинстве слу­чаев параметры внутренней взрывной нагрузки на стены поме­щения можно определять с использованием параметров нор­мальной (прямой) отраженной волны даже при косом отраже­нии волн от стенок камеры (при условии что в качестве рас­стояния R от центра взрывного источника до соответствующей точки на внутренней поверхности камеры используется реальное расстояние между этими точками). Для сильных ударных волн это предположение практически точно выполняется вплоть до значений угла падения, близких к предельному углу регуляр­ного отражения, который для воздуха составляет 39°, а для сла­бых ударных волн это предположение применимо вплоть до угла падения 70° (рис. 3.5). В камерах прямоугольного сече­ния с отношениями длины к ширине и высоты к ширине, близ­кими к единице, отражение взрывных волн от внутренних стен практически везде будет регулярным.

В герметичных объемах типа взрывных камер взрывная волна может несколько раз отражаться от стенок и геометриче­ского центра камеры, о чем уже говорилось выше. В определен­ных ситуациях и над ограниченной частью внутренней поверх­ности стенок камеры отраженные волны могут «сталкиваться» и усиливаться, однако следует иметь в виду, что их амплитуда успевает существенно снизиться до очередного столкновения со стенкой или основанием камеры. Для получения приближенной оценки амллитуд «вторичных» взрывных волн можно принять, что вторая отраженная от стенки волна имеет вдвое меньшие амплитуду и импульс, чем первая отраженная волна, а третья волна также имеет вдвое меньшие амплитуду и импульс, чем вторая отраженная волна, и что вкладом всех остальных циклов отражения можно пренебречь. Математически это запишется следующим образом:

Времена действия второй и третьей отраженных в