9.1 Метод боковой разгрузки

В методе боковой разгрузки ударная волна перемещается по цилиндрическому образцу ступенчатой формы. Источником волн разгрузки служит образующая поверхность выступа. Волны разрежения, распространяясь со скоростью звука по ударно сжатому материалу, догоняют фронт ударной волны, вызывая уменьшение давления.

Схема эксперимента представлена на рисунке 9.1.

Ф р о н т у д а р н о й в о л н ы

1 - экран; 2 - образец; 3 - тонкий слой легкого вещества, отлетающий от поверхности исследуемого вещества; 3 ^l - тот же слой в полете; 4 - преграда из прозрачного плексигласа; 5 - схема фотохронограммы, регистрирующей разновременность удара слоя по плексигласовой преграде; h, d - высота и диаметр образца; d^* - диаметр неразгруженной части образца.

Рисунок 9.1 - Схема эксперимента по определению скорости звука методом боковой разгрузки

Р ассмотрим два положения фронта ударной волны в моменты времени t и (см. рис. 9.2)

П

1

2

3

усть точка О отделяет разгруженную часть фронта от неразгруженной. За время ударный фронт переместится на расстояние , а частицы материала, находившиеся первоначально в точке О, сдвигаются вслед за фронтом на отрезок . За тоже время волнами разгрузки будет охвачена сфера радиусом с центром в точке О₁. Поскольку движение волны разгрузки автомодельно, траектория граничной точке представляет собой прямую линию, образующую с направлением распространения ударной волны постоянный угол разгрузки .

Определение скорости звука методом боковой

разгрузки

1 – положение волны разрежения;

2 – неразгруженный участок ударной волны;

3 – разгруженный участок фронта

Из прямоугольного треугольника О₁АВ имеем:

В треугольнике АОВ тот же катет:

Приравнивая, получаем следующее выражение для тангенса угла разгрузки и скорости звука:

.

Таким образом, для измерения скорости звука методом боковой разгрузки при известных параметрах D и U необходимо экспериментально определить тангенс угла разгрузки .

Техника эксперимента

Экспериментально границу неразгруженной области образца находят по изменению скорости движения его свободной поверхности, фиксируя моменты её подлёта к плексигласовой пластине, установленной на некотором расстоянии от образца. Фактически, это сводится к регистрации фотохронографом разновременности удара по прозрачной преграде из плексигласа отлетающего тонкого слоя, предварительно нанесённого на образец. Этим методом авторами /26/ обнаружена система волн, распространяющихся со скоростями, превышающими изэнтропическую скорость звуковых волн объёмного сжатия. В /26/ они интерпретированы как волны, характеризующие упругую стадию расширения сжатого вещества. По несколько разгруженному упругой волной бежит пластическая волна с меньшей скоростью. Пластическая скорость представляет основной интерес, поскольку с этой скоростью распространяются возмущения, значительно ослабляющие фронт ударной волны. Существование упругих волн разрежения сильно затрудняет в постановке опытов рисунка 9.1 точное определение по фотохронограммам границы пластической волны. По этой причине метод боковой разгрузки широкого применения не нашёл.

При проведении эксперимента по схеме рисунка 9.1 к моменту выхода ударной волны на торец исследуемого образца, волны разгрузки создают на поверхности ударного фронта область с ослабленным давлением и уменьшенными скоростями откола. При этом скорость свободной поверхности образца падает от точки В к точке А (см. рис. 9.2). Граница разгруженной области находится по разновременности подлета металла к плексигласовому экрану, установленному на некотором расстоянии от образца. Процесс соударения фиксируется щелевым фотохронографом. Излом на фронте летящего вещества (В’B’) определяет границу разгруженной области. Зная диаметр выступа d, высоту образца h, масштаб снимка N и измерив на пленке размер В’B’, тангенс угла разгрузки находим по формуле (9.1).

(9.1)

где N – отношение размера в натуре к размеру на пленке.