Ударные волны в физике конденсированного состояния

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
УДАРНЫЕ ВОЛНЫ В ФИЗИКЕ КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ 6
1. Ударные волны в газах 6
2. Особенности ударно-волновых процессов в конденсированных средах 8
3. Методы исследований 14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 24

Методы исследований с помощью ударной волны позволили получить уравнения состояния многих веществ в мегабарной области давлений. С помощью этих методов исследовано состояние в обширной области фазовой диаграммы при давлениях, порядка десятков миллионов атмосфер. Для этой цели была проведена серия уникальных опытов с использованием ядерных взрывов. [1, 2].
Метод ударной волны дали возможность разработать широкодиапазонные полуэмпирические уравнени я состояния [3]. Они с достаточной точностью обьясняют термодинамические свойства вещества, в области поли морфных превращений, плавления, испарения, иониза ц ии и окрестност ь критическо й точки .
Эксперименты с ударными волнами характеризируются высокой скоростью изменений давления и температуры, что позволяет проводить исследования в области физики фазовых и полиморфных превращений, физики разрушения , прочности и пластичности [4-6]. Методы ударных волн позволяют изучать свойства материалов при очень больших скоростях деформирования с условием контроля нагружения.
Методика исследования с использованием ударных волн основана на связи происходящих физических и химических процессов с их параметрами с течением времени.
Наиболее важным и нужным полученным результатом являеться получение волновых профилей с высоким пространственным и временным разрешением [4, 7], которые необходимы для исследования высокоскоростных деформаций.
Первые опыты дали возможность измерять волновые и массовые скорости стационарных ударных волн.
Дальнейшее развитие методов позволила регестрировать кинематические величины сжатия и разрежения, и показало их большую информативность. Эффективность методов исследования подтверждает созданная информационная база упругостей и прочностей металлов, сплавов и других.
В настояще е время получена обширна я экспериментальная информация о свойствах материалов в микросекундном и наносекундном диапазонах длитель ностей воздействия. Получено достаточно информации о кинетических закономерностях энерговыделения в детонационных и инициирующих ударных волнах. На результатахэкспериментов построены макрокинетические модели физико-химических превращений, модели деформирования и разрушения. Эти модели позволяют проводить расчеты взаимодействия мощных импульсов излучения с веществом, процессов взрыва и высокоскоростного удара.
Температурный диапазон испытаний позволил рассматривать достаточно широкие исследуемые процессы и явления. Проведенные исследования металлов, металлических монокристаллов получили ряд специфических особен ностей высокоскоростного ( 104 с-1 ) деформирования и разрушения в ударных волнах. Эти особенности интересны для специалистов в области физики прочности и пластичности.
Высокие давления и температуры, достигнутые при ударном сжатии твердых тел, вызывают полиморфные превращения и фазовые переходы.
С помощью этих методов были впервые исследования в условиях ударного сжатия полиморфные превращения при высоком давлении многих кристаллических веществ.
Чт о касается систематических исследовани й фазовых диаграмм твердых тел, то следует признать , что мало е время экспозиции делае т технику ударных волн в этом отношении менее эффективной, чем, напри мер, техника получения высоких давлений в алмазных наковальнях [8].
Актуальность темы исследования обусловлена комплексом причин, которые прямо иликосвенно связаны с ударно-волновыми процессами в разних средах их распостранения для определения динамических свойств материалов.
Цель работы состоит в анализе теоретических основ методов определения динамических свойств материалов.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1.Исследовать особенности ударно-волнолвых процессов в разних средах их распостранения.
2. Исследовать экспериментальные методы определения динамических свойств материалов.
Объектом исследования и анализа служит ударная волна сжатия.
Предметом исследования являются: методы определения динамических свойств материалов.
Методы исследования. В работе применялись теоретические (абстрагирование, анализ и синтез, идеализация, индукция и дедукция, мысленное моделирование, восхождение от абстрактного к конкретному и др.) и эмпирические исследования.
Гипотеза исследования. Оптимальными методами определения динамических свойств материалов конденсированной среды являются те методы, в которых использованы ударные волны. Особенно успешно ударную волну используют для определения уравнений состояния твёрдых тел и жидкостей при высоких давлениях и температуpax, которые трудно достичь в статических экспериментах.
 

Значение исследования неупругой деформации и разрушения твердых тел в процессе ударно-волнового нагружения определяет уникальность исследований в области физики прочности и пластичности при высоких и измеримых скоростях деформации. Эти исследования актуальны для разнообразных практических потребностей, так как дают возможность получить сведения о наиболе е фундаментальных прочностных свойствах материало в в условиях, исключающих влияние поверхности на процессы деформирования и разрушения. Методы ударной волны позволяют исследовать состояния твердых тел и жидкостей на предельной прочности, оценевая экспериментально их прочностной ресурс.
Первые исследований конденсированной среды с помощью ударной волны дали результаты, которые нельзя было спрогнозировать теоретически. Были обнаружены интересные эффекты, которые предполагались теоретическими расчетами, но не наблюдались при других условиях. Было установлено, что условие влияния температуры на предел текучести может быть противоположно тому условию, которое имее т место при низких и умеренных скоростях деформирования .
Температурные зависимости прочности монокристаллических и поликристаллических метал л о в вблизи точки плавления имеют существенно различ ный характер, что объясняется явлениями перегрева кристаллического состояния и предплавления.
Использование методов ударной волны открывают возможности изучения перегретогых твердотельных состояний и плавления в области отрицательных давлений.
Рассмотренный метод имеет большую информативность о быстропротекающих физико-химических превращениях, закономер ностях деформирования и разрушения при экстремально высоких скоростях нагружения. Показано , что при удар н ом сжатии полиморфные превращения твердых тел могу т происходит ь за времена 10 9 -10 7 с и менее.
Современна я техника ударных волн предоставляе т уникальные возможности дл я определения предельных скоростей и высокоскоростных механизмо в перестрой ки кристаллической структуры. В частности, активно изучаютс я волны разрушения , обнаруженные российскими исследователями.