4.1 Метод преград

Схема эксперимента по определению двукратной сжимаемости вещества методом преград при использовании отражения ударной волны от жесткой преграды представлена на рисунке 4.2, а Р-U - диаграмма, характерная для экспериментов такого типа - на рисунке 4.3.

1– заряд ВВ; 2– экран; 3– исследуемое вещество; 4– преграда; к – электроконтактные датчики

Рисунок 4.2 - Схема эксперимента по определению двукратной ударной сжимаемости методом преград

0

W_y

U₁

U₂

АУ - кривая торможения ударника, ОХ и ОП – ударные адиабаты исследуемого вещества и жесткой преграды, 1 - состояние однократного сжатия, 2 - состояние в жесткой преграде

Рисунок 4.3 - Определение параметров двукратного сжатия методом отражения.

Выход ударной волны D₁ из исследуемого вещества на границу раздела с более жестким веществом (кривая ОП) сопровождается образованием двух ударных волн, распространяющихся в обе стороны от контактной поверхности.

По преграде распространяется ударная волна со скоростью D₂, а по исследуемому веществу, уже сжатому до давления P₁, в противоположную сторону движется вторая (отраженная) ударная волна со скоростью D₁₂=D₃-U₁ относительно вещества перед ее фронтом В результате каждая частица исследуемого вещества сжимается два раза - при прохождении падающей волны до давления P₁, а затем, при прохождении отраженной волны, до давления Р₂.

Конечное состояние двукратного сжатия определяется из совместного решения следующей системы уравнений законов сохранения массы и импульса:

для первого ударного сжатия исследуемого вещества

; P₁ = ₀D₁U₁; (4.1)

для преграды

; P₂ = _0пD₂U₂; (4.2)

для второго ударного сжатия исследуемого вещества

; P₂ = P₁ + _(D₃-U₁) (U₂-U₁). (4.3)

Обозначая U₁ – U₂ = U₁₂, а D₃-U₁=D₁₂, в итоге получим для плотности вещества при двукратном сжатии

. (4.4)

Для практической реализации метода должны быть известны ударные адиабаты однократного сжатия как исследуемого вещества, так и жесткой преграды. В этом случае в эксперименте достаточно определить скорость падающей ударной волны D₁ в исследуемом веществе и скорость ударной волны в преграде D₂. По значению D₁ находятся P₁, U₁, _, а по D₂ определяются P₂ и U₂. Подставляя эти значения в уравнения (4.3), находим плотность двукратного сжатия.

Точность метода двукратного сжатия прямо связана с перепадом давлений и массовых скоростей на ударных адиабатах преграды и исследуемого вещества. Чем больше этот перепад, тем точнее определяется регистрирующие параметры двукратного сжатия.

4.2 Определение двукратной ударной сжимаемости манганиновыми датчиками давления

4.2.1 Метод манганинового датчика

Регистрация профилей давления за фронтом ударных волн манганиновыми датчиками [ ] основана на обнаруженной Бриджменом зависимости ударного электросопротивления манганина (сплав Cu/Mn/Ni) от давления при малой чувствительности к температуре [7 30]. Чувствительный элемент датчика представляет собой плоскую зигзагообразную полоску или бифилярную спираль, изготовленную из манганиновой проволоки или фольги, толщиной ~30 -50 мкм, занимающей площадь 0,1 – 1 см², изолированную с обеих сторон диэлектрическим материалом (полиэтилен, лавсан, фторопласт и др.).

Образец исследуемого материала делается составным, готовый датчик размещается внутри него (между пластинами исследуемого образца). Во время измерений через датчик пропускают импульс тока и с помощью осциллографа регистрируют падение напряжения на датчике. Когда давление в материале, окружающем датчик, меняется, сопротивление датчика изменяется пропорционально давлению, соответственно меняется и регистрируемая разность потенциалов. При ориентации плоскости датчика параллельно фронту ударной волны действующее на датчик давление равно осевому напряжению .

Профиль давления Р(t) строится по полученной осциллограмме с использованием калибровочной зависимости удельного электросопротивления манганина от давления ударного сжатия.

На рисунке показан пример регистрации волнового профиля в микроклине [ ].