авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


УДК 621.7(075.8)

ББК 30.61

С29

Издано при финансовой поддержке

Федерального агенства по печати и массовым коммуникациям

в рамках

Федеральной целевой программы «Культура России»

Р е ц е н з е н т ы:

зав. кафедрой «Ракетно-космические композитные конструкции»

МГТУ им. Н.Э. Баумана д-р техн. наук, проф. И.М. Буланов;

зав. кафедрой «Молекулярная физика» МГУ им. М.В. Ломоносова д-р физ.-мат. наук, проф. Н.Н. Сысоев;

генеральный директор и главный конструктор ФГУП ФНПЦ «Прибор» д-р техн. наук О.Т. Чижевский Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А.

C29 Взрывные технологии: Учебник для втузов / Под общей ред.

В.В. Селиванова. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. — 648 с.: ил.

ISBN 978-5-7038-3084-0 Описаны практически все известные взрывные технологии, имеющие промышленное значение: упрочнение, сварка, штамповка, прессование с по мощью энергии взрыва и динамический синтез сверхтвердых материалов, а также рассмотрены технологии разделения на фрагменты стальных конст рукций с помощью как удлиненных кумулятивных зарядов, так и ударных волн. Изложены основные представления об экологически безопасных взрывных методах разборки и уничтожения боеприпасов. Рассмотрены спо собы защиты от действия взрыва, а также приведены простые инженерные методики расчета конструктивных характеристик взрывных устройств, реа лизующих соответствующие взрывные технологии, и расчета взрывных ка мер на прочность. В последней части учебника рассказывается о применении мирных ядерных взрывов с целью решения научных и промышленных задач.

Учебник написан на основе материалов лекций по учебным дисцип линам, объединенным под общим названием «Взрывные технологии», ко торые авторы в течение многих лет читают студентам МГТУ им. Н.Э. Бау мана и Саровского государственного физико-технического института.

Для студентов технических университетов и машиностроительных вузов. Может быть полезен аспирантам втузов и инженерно-техническим ра ботникам, занимающимся разработкой и применением взрывных технологий.

УДК 621.7(075.8) ББК 30. © В.В. Селиванов, И.Ф. Кобылкин, С.А. Новиков, © Оформление. Издательство МГТУ ISBN 978-5-7038-3084- им. Н.Э. Баумана, Предисловие Книга «Взрывные технологии» представляет собой учебник, предназначенный для подготовки специалистов в области новых промышленных технологий, основанных на использовании энер гий взрыва и удара как для изготовления различных изделий и по вышения их эксплуатационных свойств, так и для утилизации и управляемого разрушения различных конструкций и изделий, включая боеприпасы и военную технику. Материалы, изложенные в учебнике, могут быть полезны также для широкого круга спе циалистов, работающих в смежных отраслях и в силу служебной необходимости интересующихся описанными технологиями.

В книге раскрываются основные этапы развития и совре менное состояние практически всех известных промышленных взрывных технологий. Описание каждой технологии содержит краткие сведения общего характера и конкретные данные о типич ных конструкциях технологических взрывных устройств и сопут ствующих физических процессах, наиболее полно характеризую щих взрывные технологии. Все описанные взрывные технологии проиллюстрированы схемами, рисунками и (или) фотографиями.

Так как одной из целей, которые ставили перед собой авторы учебника, является использование его материалов при курсовом и дипломном проектировании, то в нем приведены не только инже нерные методики расчета основных конструктивных характерис тик взрывных устройств, реализующих соответствующие взрыв ные технологии, но и необходимые количественные данные в виде таблиц и графических зависимостей.

Идея подготовки настоящего учебника принадлежит руко водителю одного из подразделений ФГУП «РФЯЦ—ВНИИЭФ», заведующему кафедрой «Теоретическая и экспериментальная ме ханика» Саровского государственного физико-технического ин ститута профессору Станиславу Александровичу Новикову — ос нователю уникальной научной школы по изучению динамической прочности конструкционных материалов и конструкций при их интенсивном ударноволновом нагружении. По его мнению, такой учебник необходим для расширения профессиональных возмож ностей выпускников технических вузов и университетов, полу чающих или уже получивших подготовку по ряду оборонных спе циальностей, связанных с использованием энергий взрыва и удара.

С этой целью еще в 2000 г. С.А. Новиковым была издана монография «Полезные взрывы», в которую вошли результаты ряда исследова ний, выполненных по одному из конверсионных направлений дея тельности РФЯЦ—ВНИИЭФ. В 2004 г. по инициативе С.А. Но викова авторский коллектив настоящей книги в соответствии с грантом, полученным от Международного научно-технического центра, издал на английском языке монографию «Useful Explosions», после чего по взаимному согласию был составлен план-проспект настоящего учебника, в который планировалось включить часть материалов названных выше двух монографий.

К глубочайшему сожалению, С.А. Новиков ушел из жизни, не закончив начатую совместно с нами работу над учебником, поэтому дальнейшая подготовка рукописи к изданию осуществлена нами во исполнение долга перед нашим коллегой и в память о нем.

Написанию настоящего учебника предшествовал пятнадца тилетний опыт преподавания различных дисциплин, объединен ных под общим названием «Взрывные технологии», на кафедре «Высокоточные летательные аппараты» МГТУ им. Н.Э. Баумана и на кафедре «Теоретическая и экспериментальная механика» Са ровского государственного физико-технического института. При написании книги использовались труды ведущих в области взрыв ных технологий научно-исследовательских организаций нашей страны, а также зарубежный опыт. Отличие настоящего учебника от большинства публикаций по отдельным взрывным технологи ям, изобилующих эмпирическими данными, состоит в системати зированном и обобщенном описании практически всех известных взрывных технологий с единых методологических позиций, опи рающихся на ясное понимание физических процессов и явлений, составляющих суть той или иной технологии.

В целом содержание книги соответствует программам учеб ных дисциплин специальности «Средства поражения и боеприпа сы» направления подготовки специалистов «Оружие и системы вооружения» по специализации «Высокие технологии на основе взрыва и удара», относящейся к области так называемых двойных технологий.

Учебник состоит из введения и 16 глав. Введение и глава написаны С.А. Новиковым и В.В. Селивановым, главы 1, 3, 4, 5, и 13 — И.Ф. Кобылкиным и В.В. Селивановым, главы 6 и 7 — И.Ф. Кобылкиным, главы 8, 9 и 11 — И.Ф. Кобылкиным, С.А. Но виковым и В.В. Селивановым, главы 10, 14—16 — С.А. Новико вым. Научно-методическое редактирование книги осуществлено В.В. Селивановым.

Глава 1 знакомит читателя с промышленными взрывчатыми веществами (ВВ) и средствами инициирования, применяемыми при обработке материалов взрывом. Уделено необходимое внима ние процессам возбуждения детонации ВВ и распространения де тонационных волн в зарядах ВВ, а также приведены схемы дето национных волновых генераторов, широко применяемых для про мышленной реализации взрывных технологий. Здесь же даны необходимые зависимости для определения параметров нагруже ния материалов контактным взрывом и высокоскоростным ударом.

Описано метание тел продуктами детонации при взрыве заряда ВВ.

Для прогнозирования поведения материалов при нагруже нии взрывом требуются данные об их механической прочности в широком диапазоне значений основных параметров, характери зующих условия нагружения. С этой целью в главе 2 кратко представлены необходимые сведения о динамической прочности материалов.

В главе 3 описаны технологии упрочнения металлов взры вом, взрывные устройства, применяемые для этих технологий, и инженерная методика их проектирования, а также механизмы уп рочнения металлов и сплавов взрывом. В этой же главе рассмотре ны методы детонационно-газового и взрывного напыления упроч няющих покрытий.

Содержание главы 4 составляет описание основных схем и методов расчета параметров сварки взрывом, закономерностей процесса сварки и элементов инженерной методики проектирова ния взрывных устройств для сварки взрывом. Описаны новые тех нологии сварки взрывом в сверхзвуковом режиме и ударноволно вая сварка.

В главе 5 даны основные понятия штамповки взрывом и со держится подробное описание расчетных зависимостей для опреде ления основных параметров штамповки взрывом. Здесь же описаны особенности технологии художественной чеканки взрывом.

В главе 6 главное внимание уделено взрывным технологиям прессования пористых материалов и методикам оценочных расче тов основных конструктивных характеристик взрывных устройств, применяемым для получения плоских и осесимметричных изде лий. Кроме того, в этой главе приведены необходимые сведения о технологиях динамического (взрывного) дробления рабочих эле ментов инструментов из высокотвердых материалов.

Глава 7 посвящена методам динамического синтеза сверх твердых материалов — алмаза и кубического нитрида бора. В ней также рассмотрены методы компактирования взрывом ультрадис персного алмазного порошка, синтезируемого при детонации ВВ.

В главе 8 подробно описаны взрывные технологии, связан ные с применением кумулятивных зарядов (линейных и осесим метричных), а также изложены основы взаимодействия кумуля тивных струй с преградами и даны рекомендации по выбору кон структивных характеристик кумулятивных зарядов.

Глава 9 посвящена описанию метода разделения на фраг менты массивных стальных конструкций, основанного на взаимо действии ударных волн разрежения (метода УВР). Ударные волны разрежения — не совсем обычное для газовой динамики явление.

Это скачкообразное уменьшение давления при разгрузке сжатой ударной волной среды, претерпевающей подобно железу и стали фазовый переход первого рода. Поэтому в начале главы кратко изложена теория ударных волн разрежения и приведены результа ты экспериментального подтверждения существования этого явле ния, которые послужили основой для разработки метода УВР. Од ним из практически важных примеров разделения на фрагменты сложных стальных конструкций является демонтаж глубоковод ных нефтегазовых платформ. Взрывные технологии разделения таких конструкций (применение удлиненных кумулятивных заря дов, метода УВР, фугасного действия взрыва заряда ВВ и комби нация этих методов) также представлены в главе 9. Отдельный раздел этой главы содержит подробную информацию о взрывных технологиях дробления автомобильных шин. Подчеркнем, что операции разделения конструкции на фрагменты не могут быть только взрывными. Для полной разборки необходимо применение и традиционных технологий.

В главе 10 описаны промышленные взрывные установки многоразового действия, основным конструктивным элементом которых является взрывной генератор давления (ВГД). Отметим, что в книге представлены лишь некоторые примеры использова ния ВГД в промышленности. При последовательном или одновре менном применении нескольких модулей отдельных ВГД можно реализовать механизмы многоразового действия по заранее задан ному алгоритму, позволяющие выполнять разнообразные рабочие операции, в том числе и в условиях, когда присутствие оператора нежелательно.

В отдельную главу 11 выделен материал о взрывной техно логии разборки боеприпасов. В этой же главе приведены необхо димые данные о динамических механических свойствах приме няемых твердых ВВ и об ударноволновой чувствительности заря дов твердых ВВ. Кроме того, значительное внимание уделено описанию технологии уничтожения боеприпасов без возбуждения детонации в их снаряжении с помощью кумулятивных зарядов.

В целом представленный в главах 8—11 материал демонстри рует эффективность взрывных технологий, применяемых главным образом при демонтаже и разделении на фрагменты конструкций, включая и боеприпасы. В этом направлении работ наиболее ярко проявляются основные положительные стороны применения взрыв ных технологий: мобильность, энергетическая автономность, ис ключительно большая мощность. Однако справедливости ради сле дует отметить, что основными факторами, затрудняющими исполь зование взрыва для этих целей, являются высокие требования по технике безопасности и относительно большая стоимость ВВ, в свя зи с чем утилизация устаревших конструкций, разрезаемых с помо щью энергии взрыва, нередко оказывается нерентабельной. Преодо леть эти трудности можно путем — использования более дешевых ВВ, в том числе и полу чаемых после разборки устаревших боеприпасов;

— разработки новых эффективных методов разделения кон струкций на фрагменты, требующих меньшего количества ВВ (на глядный пример — применение метода УВР);

— разработки физико-математических моделей конструкци онных материалов, достоверно описывающих процесс разделения конструкций на фрагменты с помощью энергии взрыва, что позво ляет выбирать оптимальное количество ВВ.

В главе 12 рассказывается о применении различных методов ослабления действия взрыва в воздухе и в воде и локализации взрыва.

Практические методики расчета на прочность взрывных ка мер различных геометрических форм, изготовляемых из стали или из железобетона, подробно изложены в главе 13. Здесь же приве дены зависимости для расчета на прочность различных конструк тивных элементов взрывных камер и описаны особенности приме нения противоосколочной защиты для промышленных и исследо вательских взрывных стендов.

Наконец, главы 14—16 посвящены работам, которые могли быть проведены только в Российских федеральных ядерных цен трах, — мирным ядерным взрывам, их применению в научных ис следованиях, промышленности и энергетике.

Каждая глава содержит список литературы, в которой чита тель может найти интересующие его подробности.

Мы надеемся, что учебник «Взрывные технологии» не толь ко окажет существенную помощь читателям в изучении различных технологических процессов, основанных на использовании энер гии взрыва, но и станет полезным пособием в повседневной прак тической работе.

Мы благодарны выпускникам кафедры СМ-4 МГТУ им.

Н.Э. Баумана, оказавшим финансовую поддержку при издании учебника «Взрывные технологии»: С.С. Егоркину, С.В. Захарову, А.А. Кеменову, В.В. Коренькову, А.В. Лукьянову, С.А. Петровскому, А.Г. Полушину, В.В. Сапрыкину, О.Т. Чижевскому, О.Е. Ячнику.

В.В. Селиванов, И.Ф. Кобылкин Введение К взрывным технологиям относят высокоэнергетические им пульсные методы обработки материалов, основанные на использо вании взрывчатых веществ (ВВ) в качестве источников энергии.

Активное развитие взрывных технологий и их внедрение в про мышленное производство началось во второй половине XX столе тия. К началу 1980-х годов многие крупные предприятия аэрокос мического комплекса, заводы горнодобывающей, судостроительной и атомной промышленности как у нас в стране, так и за рубежом в своем составе имели участки или даже цехи взрывной обработки материалов: штамповки, сварки, упрочнения и др. Применение взрывных технологий позволяет в короткие сроки с приемлемыми затратами решать многие технологические проблемы, возникающие при создании новой техники. Развитие взрывных технологий про должается и в настоящее время.

Для реализации взрывных технологий используются заряды ВВ и изделия из них (например, удлиненные кумулятивные заряды, кумулятивные перфораторы), системы их инициирования, системы контроля безопасности и т. п. Вместе с объектами воздействия (сва риваемыми пластинами, упрочняемыми деталями, заготовками для штамповки и др.), специальной оснасткой (матрицами для штам повки, контейнерами для сохранения готового изделия, основания ми и опорами) заряды ВВ и системы их инициирования образуют технологическое взрывное устройство, элементы которого находят ся в функциональном и конструктивном единстве. Очень часто тех нологические взрывные устройства располагаются в специальных защитных взрывостойких камерах (взрывных камерах). В этом слу чае можно говорить о промышленных взрывных установках.

В настоящем учебнике дано систематизированное описание промышленных взрывных технологий, основанное на углубленном изучении физических явлений и процессов, определяющих сущ ность той или иной технологии, и там, где это возможно, приведе ны инженерные методики расчета основных конструктивных ха рактеристик взрывных устройств и установок, с помощью которых реализуются соответствующие взрывные технологии.

Развитие теории взрывных явлений связано с именами вы дающихся ученых, среди которых можно назвать Л. Эйлера, X. Гюгонио, Д. Чепмена, Э. Жуге, Дж. Тэйлора, В.А. Михельсона, Я.Б. Зельдовича, Ю.Б. Харитона, М.А. Лаврентьева, Л.Д. Ландау, К.П. Станюковича, Л.И. Седова, А.Ф. Беляева, М.А. Садовского, А.С. Компанейца и других. Обычные (неядерные) ВВ называют химическими ВВ, так как энергия взрыва в них выделяется в ходе быстропротекающих химических реакций. Бльшая часть приме няемых на практике ВВ — это твердые или жидкие вещества, по этому их называют еще конденсированными ВВ.

Описание процесса распространения взрывного превращения в ВВ (детонации) обычно проводится на основе гидродинамической теории детонации, согласно которой детонационная волна представ ляет собой стационарный комплекс, состоящий из фронта ударной волны и примыкающей к нему узкой зоны химической реакции. В зоне химической реакции ВВ превращается в сильно сжатые и разо гретые продукты реакции — продукты детонации. Расширяющиеся продукты детонации являются рабочим телом, совершающим работу.

Основные параметры детонационной волны, или параметры детона ции, связаны соотношениями, вытекающими из уравнений сохране ния массы, импульса, энергии. Во многих случаях детонация ВВ воз буждается ударной волной, тем или иным способом создаваемой в заряде ВВ (взрыв капсюля-детонатора, удар быстролетящих осколков или пластины, мгновенный разогрев излучением и т. п.). Кинетиче ская теория возбуждения детонации очень сложна. Первоначальное возбуждение химических реакций, развитие которых приводит к де тонации ВВ, происходит в небольших локальных областях, которые получили название «горячих» точек.

Предельными условиями возбуждения детонации и распро странения детонационной волны являются следующие:

— давление на фронте ударной волны должно быть больше некоторого критического давления pкр;

— размер заряда ВВ (диаметр цилиндрического заряда или толщина плоского заряда) должен превышать критический размер.

Последнее условие вытекает из принципа Ю.Б. Харитона об устойчивом распространении детонационной волны в заряде ВВ. Со гласно этому принципу с уменьшением диаметра заряда ВВ уве личивается доля реагирующего ВВ, разлетающегося из зоны хи мической реакции в разные стороны. При этом возрастают потери энергии, которая в противном случае шла бы на поддержание фронта детонационной волны. При диаметре заряда, называемом критическим, потери энергии возрастают настолько, что в зоне химической реакции нарушается равновесие между выделением энергии и ее рассеянием и самоподдерживающееся распростране ние детонационной волны становится невозможным.

Теория детонационных волн и результаты эксперименталь ных исследований, описывающие взрывные превращения различ ных ВВ, широко освещены в многочисленных публикациях.

Решение многих существующих и вновь возникающих важ ных задач в науке и промышленности невозможно без разработки и внедрения новых взрывных технологических операций. Первые применения взрывных технологий были основаны на разрушающем действии взрыва — разрушении различных преград и сооружений (прокладка штолен, каналов, тушение лесных пожаров и т. п.). Соз дание взрывных методов разрушения произвело революцию в гор ном деле и увеличило возможности горного производства в тысячи раз. Разрушение пород с помощью энергии взрыва является универ сальным и практически единственным способом подготовки горных пород к выемке. Были созданы теория проведения взрывных опера ций в сплошных средах (грунты, горные породы, вода) и теория действия сильных воздушных ударных волн на различные прегра ды. Позднее были разработаны более сложные технологии, осно ванные в том числе и на созидательном действии взрыва: направ ленное перемещение огромных масс грунта, создание материалов с новыми свойствами, изготовление сложных деталей и др. Теорети ческое обоснование эти технологии получили в трудах по кумуля ции, распространению и взаимодействию ударных волн в сплошных средах. Все они были связаны с исследованиями свойств материа лов при интенсивном ударноволновом нагружении. Особое место в этих работах занимают исследования по созданию материалов с но выми свойствами (фазовые переходы в веществах, обусловленные действием ударных волн, ударноволновое компактирование порош ков и т. п.).

За время разработки и применения взрывных технологий в мире накоплен богатый опыт проведения взрывных эксперимен тов, созданы оригинальные методы исследований, получены уни кальные данные о поведении различных материалов в условиях импульсного нагружения. Значимые результаты в области про мышленного использования взрыва, во многом определившие со временные направления развития высоких технологий на основе процессов взрыва и удара, были получены как в РФЯЦ—ВНИИЭФ (г. Саров), так и в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Например, в результате комплексных исследований, проведенных РФЯЦ—ВНИИЭФ, бы ли получены и классифицированы уникальные данные о физико механических характеристиках конструкционных материалов, подвергнутых интенсивному ударноволновому нагружению, необ ходимые для расчетного прогнозирования поведения различных конструкций и приборов, работающих в условиях экстремальных механических и тепловых нагрузок, и для разработки практически всех взрывных технологий. В МГТУ им. Н.Э. Баумана, по сущест ву, была создана научная школа по штамповке взрывом, разрабо тана промышленная технология дробления взрывом изношенных автомобильных шин, а результаты исследований инициирования детонации и других режимов взрывного превращения в зарядах ВВ при воздействии на них кумулятивных струй легли в основу взрывных методов уничтожения различных взрывных устройств без возбуждения детонации в их снаряжении. Таким образом, для подготовки учебника были использованы как результаты собст венных исследований авторов и коллективов, в которых они рабо тают, так и обобщенные результаты исследований, изложенные во множестве публикаций, посвященных проблемам применения энергий взрыва и удара в технологических процессах.

Роль взрывных технологий значительно возросла в послед ние годы, когда в мире развернулся процесс разоружения, а также резко увеличилось количество военной техники и боеприпасов, подлежащих уничтожению ввиду исчерпания ими установленных сроков хранения и эксплуатации. При этом стали высвобождаться огромные количества ВВ, потребовалось создание эффективных технологий для разборки боеприпасов и разделения на фрагменты военной техники с целью их дальнейшей утилизации. Ясно, что ликвидация боеприпасов традиционным методом — взрыванием — самый варварский способ, и не только потому, что при этом унич тожаются ценные материалы, входящие в их состав, но и в первую очередь потому, что взрывание оказывает вредное влияние на ок ружающую среду.

Разработанные взрывные технологии, несмотря на значи тельную стоимость ВВ, в отличие от других применяемых для этих целей технологий имеют в ряде случаев ощутимые преиму щества:

— мобильность, т. е. возможность доставки необходимого оборудования в любой регион любыми видами транспорта;

— энергетическая автономность, исключающая необходи мость в стационарных источниках энергии;

— дистанционность управления процессом, что позволяет, например, разрезать изделия, содержащие токсичные, радиоактив ные, горючие материалы и даже ВВ;

— значительно меньшее время, затрачиваемое на выполне ние операций, что особенно важно в условиях радиационного за грязнения рабочего места и что во многом определяет сравнитель но небольшую стоимость взрывных работ.

Последние два преимущества являются определяющими для проведения, например, ремонтных и регламентных работ на тер ритории АЭС, а использование для этих целей мобильных режу щих и дробящих взрывных установок с надежной локализацией продуктов детонации позволяет исключить какие-либо отрица тельные воздействия на окружающие конструкции.

Следует добавить, что в настоящее время взрывные техноло гии нередко являются единственным средством для решения воз никающих задач.

Как известно, все взрывные технологии в зависимости от расположения заряда ВВ относительно объекта воздействия под разделяются на две основные группы: контактные и неконтактные взрывные технологии. К первой группе относятся, например, свар ка взрывом, резание, упрочнение, гравировка, ко второй — штам повка взрывом и другие операции, в которых нет непосредствен ного контакта заряда ВВ с объектом воздействия.

В настоящее время как контактные, так и неконтактные взрывные технологии обогатились новыми методами. Например, в группу неконтактных взрывных технологий следует включить но вые взрывные технологии, основанные на использовании ВВ в ка честве энергоносителя (подобно горючему в двигателе внутренне го сгорания). Для промышленной реализации этих взрывных тех нологий применяются взрывные установки многоразового дейст вия с локализацией продуктов детонации;

в состав этих установок входят взрывные генераторы давления.

К принципиально новым контактным взрывным технологи ям относится эффективный метод разделения на фрагменты (реза ния взрывом) массивных стальных конструкций массой до не скольких десятков тонн, основанный на результатах использова ния сделанного в РФЯЦ—ВНИИЭФ открытия так называемых ударных волн разрежения (метод УВР).

Решение многих существующих и вновь возникающих важ ных задач в науке и промышленности невозможно без разработки и внедрения новых высокоэффективных взрывных технологий. По какому пути пойдет развитие взрывных технологий в будущем — зависит от потребностей предприятий горнодобывающего маши ностроения, авиационно-космической промышленности, судо строения, атомного машиностроения и других основных потреби телей этих технологий, а также от общего развития науки о взрыве.

Часть I ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЗРЫВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Глава Элементы теории взрывчатых веществ и физики взрыва 1.1. Промышленные взрывчатые вещества, применяемые при обработке материалов взрывом 1.1.1. Общая характеристика явления взрыва В течение многих столетий явление взрыва, под которым понимают процесс очень быстрого совершения механической ра боты при расширении сильно сжатых газов или паров, использует ся человечеством в военных и мирных целях как для разрушитель ной, так и для созидательной деятельности. В зависимости от при чин образования сжатых газов или паров и энергии, за счет которой совершается работа, различают ядерные, физические и химические взрывы.

Взрывы, происходящие в результате выделения внутриядерной энергии при делении ядер тяжелых элементов или синтезе ядер лег ких элементов, называют ядерными. Применению ядерных взрывов в научных исследованиях, промышленности и энергетике посвящены гл. 14—16, поэтому здесь только отметим, что при взрывном пре вращении 1 кг 235U выделяется энергия, примерно равная 1014 Дж [40]. В термоядерных реакциях синтеза выделяется значительно бльшая энергия.

Взрывы, вызываемые быстрым изменением физического со стояния системы без протекания химических и ядерных реакций, называют физическими. К таким взрывам относится электриче ский взрыв проводников, возникающий в результате образования сильно нагретых и сжатых паров металлов. Физические взрывы происходят при высокоскоростном ударе (скорость ударника — Глава Поведение конструкционных материалов при динамическом и ударноволновом нагружении 2.1. Классификация режимов нагружения Воздействие взрывных нагрузок на материалы можно оха рактеризовать такой общепринятой величиной, как скорость де формаций ( = d / dt ), диапазон значений которой при различных технологических взрывных операциях весьма широк: от 105 (при контактных операциях) до 102 с1. Однако феноменологически, физически и математически весь диапазон значений скорости де формаций не может быть описан единой теорией напряженно деформированного состояния, поскольку различным значениям соответствуют различные механизмы деформирования.

По времени возрастания и времени действия нагрузки на гружение условно можно разделить на статическое, квазистатиче ское и динамическое [36].

Независимо от амплитуды (или максимального значения) внешних поверхностных сил pmax нагружение будем называть стати ческим при бесконечно медленном изменении нагрузки (tн max, tн, где tн max — время возрастания нагрузки до максимального значения;

tн — время действия нагрузки). Довольно часто под стати ческим нагружением понимается такое состояние элементов конст рукции, когда они нагружаются за некоторое конечное время tн max, но затем находятся под действием практически неизменной нагрузки достаточно длительное время tн. Очевидно, что в буквальном смысле статическое нагружение мыслимо лишь теоретически, а любое ре альное нагружение является в той или иной мере динамическим и осуществляется, как правило, за конечное время при конечной дли Ч а с т ь II ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ВЗРЫВОМ Глава Упрочнение металлов и сплавов взрывом 3.1. Взрывные устройства, используемые для упрочнения взрывом 3.1.1. Общая характеристика деформационного упрочнения Реальная прочность изделий ограничивается либо возникно вением в них пластических деформаций, либо их разрушением. Для повышения прочности изделия необходимо увеличивать значения не только предела текучести т и предела прочности в (временного сопротивления) материала, из которого изготовлено изделие, но и таких характеристик материала, как предельное относительное уд линение удл, относительное сужение поперечного сечения, удар ная вязкость KCU. Однако осуществить это одновременно в полной мере не всегда возможно, поскольку упрочнение материала класси ческими методами, как правило, приводит к его охрупчиванию — к уменьшению значений удл,, KCU и, как следствие, к снижению трещиностойкости и пластичности, что не всегда удовлетворяет ус ловиям эксплуатации изделий. Поэтому на практике стремятся дос тичь оптимального сочетания прочности и пластичности материалов.

Пластическое деформирование металлов и сплавов обычно осуществляется путем перемещения дислокаций вдоль плоскостей скольжения. Поэтому упрочнить материал можно либо путем соз дания бездислокационных структур, либо введением в структуру материала препятствий на пути движения дислокаций.

Бездислокационные материалы, например нитевидные кри сталлы, обладают высокой прочностью, близкой к теоретической (рис. 3.1). По мере накопления дефектов кристаллической решетки прочность материалов быстро уменьшается и достигает минимума Глава Cварка металлов взрывом 4.1. Основные схемы и параметры сварки взрывом Сварка взрывом — процесс получения прочного соединения двух или нескольких металлических тел, происходящий при их соударении. Ускорение соударяющихся тел до необходимой ско рости осуществляется, как правило, под действием энергии взры ва, выделяющейся при детонации ВВ.

Сварку взрывом используют для изготовления многослой ных (чаще всего биметаллических) листов, полос, цилиндрических изделий, композиционных материалов волокнистого строения из разнообразных металлов и сплавов, в том числе из тех, сварка ко торых другими способами затруднена.

Свариваемые тела, заряд ВВ и система его инициирования, а также основания и опоры, на которых все это располагается, обра зуют взрывное устройство, элементы которого находятся в функ ционально-конструктивном единстве. Для получения качественно го сварного соединения необходимо правильно выбрать конструк тивные характеристики взрывного устройства и параметры процесса.

В этой главе приведены начальные сведения о проектирова нии технологических взрывных устройств, предназначенных для сварки взрывом. Более подробные сведения можно найти в лите ратуре, список которой приведен в конце главы.

Иногда вместо термина «сварка взрывом» используют тер мин «взрывное плакирование» — покрытие поверхности металли ческого изделия тонким слоем какого-либо металла с помощью сварки взрывом.

Глава Штамповка взрывом 5.1. Основные понятия штамповки взрывом Штамповка листового металла с использованием энергии взрыва зарядов бризантных ВВ занимает ведущее место среди других взрывных технологий. Этим методом можно изготовлять детали самых разнообразных размеров и форм из плоских, цилин дрических и конических заготовок. В работах [2, 4, 10, 11, 12, 15] описаны основные методы штамповки взрывом и обобщен опыт ее внедрения в промышленное производство, в работе [17] рассмот рены физические основы штамповки взрывом и методы расчета основных параметров процесса, в работах [8, 14] представлен об зор современного состояния технологии штамповки взрывом. На стоящая глава содержит начальные сведения о штамповке взрывом.

Основными преимуществами штамповки взрывом являются практически неограниченные энергетические ресурсы при полном отсутствии дорогостоящего и сложного прессового оборудования (это позволяет снять ограничения на размеры штампуемых изде лий и штамповать детали из высокопрочных и труднодеформи руемых металлов и сплавов), а также возможность быстрой орга низации технологического процесса за счет простой штамповой оснастки (для формообразования необходима только матрица, а роль пуансона выполняет передающая среда).

Для любого вида штамповки взрывом характерно наличие следующих составных элементов: энергоносителя — заряда ВВ;

передающей среды, расположенной между зарядом ВВ и заготов кой;

деформируемой заготовки;

матрицы или вытяжного кольца.

Наибольшее распространение получила штамповка взрывом с ис пользованием воды в качестве среды, передающей энергию взрыва Ч а с т ь III ВЗРЫВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕССОВАНИЯ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ И СИНТЕЗА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ Глава Прессование пористых материалов взрывом 6.1. Модели уплотнения пористых материалов Прессование пористых материалов, таких, как порошки, гранулы, губки, является основой весьма прогрессивных порошко вых технологий, применяемых в порошковой металлургии и кера мической промышленности. Для реализации этих технологий классическими методами необходимо иметь прессовое оборудова ние, печи для спекания изделий и специальную оснастку. Размеры получаемых изделий, возможности их изготовления из трудноуп лотняемых пористых материалов ограничены мощностью прессов, стоимостью оснастки и другими технологическими и экономиче скими факторами. Прессование взрывом позволяет существенно расширить возможности порошковых технологий. Давление про дуктов детонации успешно заменяет силовое воздействие дорого стоящего прессового оборудования. К преимуществам прессова ния взрывом следует отнести невысокую стоимость оснастки и отсутствие технических ограничений на размеры получаемых из делий. Однако, несмотря на эти преимущества, технология прессо вания взрывом не получила широкого распространения и практи чески не вышла за стены исследовательских лабораторий, что объ ясняется недостаточной изученностью сложных физических процессов, сопровождающих ударноволновое сжатие пористых материалов, и трудностью отработки технологии получения одно родных, бездефектных и высокоплотных изделий.

Физические основы технологии прессования взрывом кратко описаны в работе [21]. Технологические особенности прессования взрывом некоторых материалов (титановых губки и порошка и др.) Глава Динамический синтез сверхтвердых материалов 7.1. Ударноволновой синтез сверхтвердых материалов 7.1.1. Свойства сверхтвердых материалов и их применение К сверхтвердым материалам принято относить материалы, твердость которых превышает 30…40 ГПа — диапазон значений твердости, характерный для карбидов тугоплавких металлов. Ос новными представителями сверхтвердых материалов являются при родные и искусственные алмазы, синтетический алмазоподобный кубический нитрид бора и различные композиции на их основе.

Рассмотрим вначале некоторые свойства алмазов и их применение.

Алмаз и графит являются полиморфными кристаллическими модификациями одного и того же химического элемента — угле рода, имеющего на внешней электронной оболочке четыре элек трона. Графит имеет гексагональную слоистую решетку с расстоя нием между слоями 0,339 нм и расстоянием между атомами в слое 0,142 нм. Каждый атом углерода в слое ковалентно связан с тремя другими;

между слоями связь слабая. Большое расстояние между слоями делает графит мягким и рыхлым минералом — слои легко скользят и отделяются друг от друга;

плотность графита в 1,5 раза меньше плотности алмаза;

наличие относительно свободного элек трона в каждом атоме делает графит хорошим проводником элек трического тока.

Алмаз обладает гранецентрированной кубической решеткой, внутри которой расположены еще четыре атома углерода в цен трах четырех из восьми кубов, образованных делением элементар ной ячейки тремя взаимно перпендикулярными плоскостями (ал мазная кубическая решетка). Сторона элементарной кубической Ч а с т ь IV ВЗРЫВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗДЕЛЕНИЯ НА ФРАГМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ И МАТЕРИАЛОВ Глава Применение кумулятивных зарядов для разделения конструкций 8.1. Кумулятивная струя и ее взаимодействие с преградой Взрыв заряда ВВ, имеющего выпуклую внешнюю поверх ность, создает облако расширяющихся продуктов детонации, обра зующих в окружающей среде расходящуюся ударную волну. Ха рактерной особенностью взрыва такого заряда ВВ является бы строе уменьшение значений основных параметров движения и состояния (скорости, давления, плотности) как продуктов детона ции, так и вовлеченной в движение среды. В непосредственной близости от поверхности заряда ВВ действие взрыва максимально вдоль преимущественных направлений разлета продуктов детона ции, близких к направлению нормалей к поверхности заряда ВВ.

Однако уже при небольшом расширении продуктов детонации по ле взрыва независимо от начальной формы компактного заряда (шар, цилиндр, куб) стремится к сферической симметрии.

Если на поверхности заряда ВВ имеется вогнутость или вы емка (углубление), то при его взрыве в области указанных геомет рических особенностей создается сходящийся поток продуктов детонации. По мере увеличения в этом потоке схождения продук тов детонации плотность и давление их возрастают и формируется высокоскоростная струя продуктов детонации, обладающая отно сительно высокой разрушающей и проникающей способностью (рис. 8.1). Такой эффект усиления действия взрыва заряда ВВ в направлении выемки получил название кумулятивного эффекта взрыва, а сама выемка — название кумулятивной выемки.

Глава Взрывные технологии разделения на фрагменты массивных стальных конструкций и автомобильных шин 9.1. Технология разделения на фрагменты массивных стальных конструкций, основанная на взаимодействии ударных волн разрежения 9.1.1. Разделение на фрагменты толстостенных конструкций Необходимая погонная масса ВВ, используемого в УКЗ, с уве личением толщины разрезаемой преграды должна быть значительно увеличена. Так, если в случае геометрически подобных поперечных сечений УКЗ диаметр заряда увеличивается примерно пропорцио нально толщине разрезаемой преграды, то погонная масса ВВ будет возрастать пропорционально квадрату толщины преграды. Поэтому применение УКЗ для резания стальных преград толщиной 50…60 мм и более становится нерентабельным. Такие УКЗ содержат большое количество ВВ, детонация которых кроме кумулятивного действия связана со значительным фугасным действием.

Разрушение крупногабаритных конструкций типа толсто стенных корпусных деталей (толщина стенки более 50 мм) с целью их утилизации отличается рядом существенных особенностей по сравнению с разрезанием рассмотренных в гл. 8 тонкостенных конструкций типа речных и морских судов, резервуаров и т. п. Ме тодики резания массивных конструкций практически не разрабо таны. Поскольку использование УКЗ для массовой утилизации крупногабаритных толстостенных конструкций экономически не Г л а в а Взрывные установки многоразового действия 10.1. Основные принципы работы взрывных генераторов давления Взрывные установки многоразового действия с локализаци ей продуктов детонации применяются для промышленной реали зации новых неконтактных взрывных технологий, основанных на использовании ВВ в качестве энергоносителя, подобно горючему в двигателе внутреннего сгорания. Эти установки, образно называе мые «двигателями внутреннего взрывания», уже нашли широкое применение в технике и, безусловно, имеют большое будущее.

Основным конструктивным элементом установок такого типа яв ляются взрывные генераторы давления (ВГД), состоящие из взрывной камеры, в которой осуществляются подрыв заряда ВВ и расширение образовавшихся продуктов детонации до нужной сте пени, и узла сопряжения, через который продукты детонации или воздействуют на нагружаемый объект, или истекают в рабочий объем, где их энергия преобразуется в полезную работу.

Основным условием применения бризантных ВВ в качестве энергоносителя в установках, преобразующих энергию взрыва заряда ВВ в энергию движения выполняющего работу инструмента, являет ся возможность преобразования мощного взрывного импульса давле ния, возникающего при контактном воздействии продуктов детона ции ВВ, в импульс давления большой длительности с одновремен ным уменьшением максимального давления до значения, при котором обеспечивается прочность рабочего органа установки. Такое преобразование называют растяжкой импульса давления.

Существуют несколько способов растяжки импульса давле ния. Известный способ растяжки импульса давления во времени с Г л а в а Взрывные методы дистанционной разборки боеприпасов 11.1. Проблема утилизации боеприпасов Проблема утилизации изделий, содержащих ВВ, дефицит ные конструкционные и токсичные материалы, в том числе радио активные, в настоящее время достаточно актуальна. Одним из ос новных аспектов этой проблемы является разборка снимаемых с вооружения боеприпасов, не разбираемых с помощью штатных инструментов и приспособлений. Уничтожение таких боеприпасов взрывным способом ведет к загрязнению окружающей среды дис пергированными частицами токсичных и радиоактивных материа лов, а также к безвозвратной потере ценных конструкционных ма териалов. Таким образом, задача разборки и утилизации боеприпа сов тесно связана с проблемами экологии (предотвращением возможности химического и радиоактивного загрязнения окру жающей среды) и представляет большой интерес с точки зрения сохранения стратегического сырья.

Большинство боеприпасов являются достаточно прочными корпусными конструкциями, снаряженными различными взрывча тыми составами. Их утилизация включает в себя: 1) разделение корпусов боеприпасов и извлечение из них взрывчатого снаряже ния;

2) утилизацию полученных компонентов.

Применение для разборки боеприпасов обычных технологий механического резания в связи с высоким риском возбуждения взрыва в процессе выполнения технологических операций требует создания дорогостоящих взрывозащитных сооружений и специ ального роботизированного оборудования. Альтернативными и во многих случаях экономически выгодными методами разборки бо Часть V ЗАЩИТА ОТ ДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА Г л а в а Методы ослабления действия взрыва и его локализации 12.1. Ослабление действия взрыва в воздухе Взрыв заряда ВВ является чрезвычайно опасным явлением, поскольку он сопровождается действием различных поражающих факторов, могущих вызвать поражение персонала, проводящего взрывные работы, а также повреждение или разрушение зданий, сооружений и оборудования. В связи с этим технологические взрывные работы, как правило, осуществляются либо в специаль ных защитных сооружениях — взрывных камерах, локализующих действие взрыва, либо на специальных полигонах, имеющих на дежные защитные сооружения для персонала и оборудования. Од нако во многих практически важных случаях технологические взрывные работы должны проводиться не в специальных услови ях, а в цехах и на стапелях машиностроительных, металлургиче ских и судостроительных производств, в непосредственной близо сти от зданий, сооружений, линий электропередачи, различных трубопроводов, в охраняемых водоемах и т. п. В этих случаях тре буется применение специальных мер по ослаблению действия взрыва до безопасного уровня.

Основными поражающими факторами взрыва являются ударные волны, распространяющиеся в окружающей заряд ВВ среде, и высокоскоростные фрагменты, образующиеся при разру шении оболочки заряда ВВ и объектов, расположенных в непо средственной близости от заряда ВВ. Опасность разлета высоко скоростных фрагментов можно свести к минимуму или исключить вовсе путем применения взрывных устройств без металлических оболочек, а при наличии последних — с помощью специальных экранов, улавливающих осколки. Поэтому основным поражающим Г л а в а Взрывные камеры 13.1. Расчет взрывных нагрузок, действующих на стенки взрывных камер 13.1.1. Общая характеристика взрывных камер Взрывные камеры представляют собой взрывозащитные конструкции и сооружения, предназначенные для локализации взрыва. Несмотря на то что конструкции взрывных камер во мно гих случаях являются уникальными, их можно отнести к доста точно широко распространенному научному и производственному оборудованию. Основная проблема, возникающая при проектиро вании взрывных камер, состоит в обеспечении прочности оболоч ки камеры. Поэтому анализу прочности взрывных камер при внут реннем нагружении взрывом посвящена обширная литература [3, 4, 6—8, 10, 11, 17, 20, 22]. Настоящая глава содержит основные сведения, необходимые для расчета взрывных камер простых гео метрических форм на прочность при действии взрывных нагрузок.

В зависимости от формы взрывные камеры можно подразде лить на следующие типы: 1) прямоугольные (параллелепипедные) с плоскими стенками и покрытием;

2) цилиндрические с вертикаль ной или горизонтальной осью симметрии и плоскими или криво линейными (сферическими или эллиптическими) покрытями или днищами;

3) сферические. Фотографии и схемы некоторых взрыв ных камер приведены на рис. 13.1. Характерные размеры взрыв ных камер изменяются в пределах 0,5…15,0 м. Допустимые массы зарядов ВВ, взрыв которых не приводит к появлению остаточных деформаций в оболочках взрывных камер, в зависимости от размеров камер изменяются в широких пределах: от десятков граммов до Ч а с т ь VI МИРНЫЕ ЯДЕРНЫЕ ВЗРЫВЫ Г л а в а Применение ядерных взрывов в научных исследованиях 14.1. Применение ядерных взрывов для накачки лазерных сред* Ядерный взрыв — это гигантский импульсный источник из лучений, в котором даже при энерговыделении не более 1 кт тро тилового эквивалента (ТЭ) за очень малое время (108…107 с) ро ждается 1023…1024 нейтронов и гамма-квантов. В таких потоках излучений, обладающих огромной энергией, могут проводиться исследования, которые невозможно выполнять в лабораторных условиях, а именно:

— изучение ядерных реакций, в том числе при использова нии микроскопического количества редких искусственных радио нуклидов;

— проведение экспериментов по образованию далеких трансурановых элементов;

— проведение уникальных исследований в области физики высоких давлений и плотностей.

Одно из перспективных научных направлений — исследова ния в области лазерного ядерного синтеза. Для таких исследований в ряде стран построены и действуют уникальные лазерные установ ки с энергией импульса до нескольких десятков килоджоулей: «Ис кра-5» (РФЯЦ—ВНИИЭФ, Россия), Nova (Ливерморская Нацио нальная лаборатория, США), Gekko-XII (Япония), а также разраба тываются новые более совершенные установки. Основная решаемая при этом проблема — получение энергии лазерного импульса по рядка сотен килоджоулей и даже мегаджоулей и воспламенение * См. об этом в работах [1, 3].

Г л а в а Применение ядерных взрывов в промышленности* Огромная энергия, выделяющаяся при ядерных взрывах, с самого начала работ над созданием ядерного оружия приводила к мысли о ее использовании в мирных целях. Каждый килограмм ядерного топлива в составе ядерного устройства способен выде лить энергию, эквивалентную взрыву 30 тыс. т конденсированного ВВ. Ядерный взрыв такой мощности стоит около 1 млн долл. При дальнейшем увеличении мощности ядерного устройства в десятки и сотни раз стоимость ядерного взрыва растет незначительно.

Ядерный взрыв сегодня — это самый мощный и в то же время са мый дешевый источник энергии на Земле. Существующие возра жения против применения ядерных взрывов для промышленных целей достаточно серьезны и обоснованны. В первую очередь они связаны с опасностью радиоактивного заражения окружающей среды и с большим (в большинстве случаев избыточным) энерго выделением.

Требования к мирным ядерным зарядам существенно отли чаются от требований к боевым ядерным зарядам. Некоторые тре бования более низкие, так как отсутствуют жесткие условия на массу ядерного заряда, форму и срок его службы, другие требова ния более высокие, например требования, предъявляемые к допус тимому количеству образующихся при взрыве осколков деления, к количеству оставшихся несгоревшими плутония и трития, к хими ческому составу конструкционных материалов. В боевых ядерных зарядах примерно половина энергии выделяется в реакциях деле ния ядер урана и плутония с образованием соответствующего ко личества радиоактивных осколков деления. Это и является глав * См. об этом в работах [1—9].

Г л а в а Применение ядерных взрывов в энергетике* Человечество переживает сейчас очень сложный период: на Земле запасы ископаемых видов топлива кончаются, а числен ность населения резко возрастает. Не приходится всерьез рассчи тывать и на так называемые альтернативные источники энергии (солнечная, геотермальная и т. п.). Эти источники характеризуют ся малой плотностью энергии, а затраты на ее концентрацию слишком велики. Не оправдываются также долговременные наде жды на энергию урана. Содержание изотопа 235U в 2,6 млн т запа сов природного урана составляет всего 0,7 %. Энергозапасы этого количества 235U на порядок меньше, чем энергозапасы достовер ных запасов нефти и газа. Энергозапасы 238U на порядок больше энергозапасов нефти и газа, но 238U требуется предварительно пре образовать в плутоний, например, по реакции 238 239 239 +n 92 U 93 Np 94 Pu.

92 U (16.1) Скорость такого преобразования в обычных стационарных реакто рах-размножителях не превышает 1 % в год от заложенного 238U, т. е. отдача энергии происходит слишком медленно.

Но возможности ядерной энергетики не исчерпаны. Кроме делящихся материалов, на которых работают современные АЭС, на Земле имеются практически неограниченные запасы дейтерия. Он может быть использован в термоядерных реакциях — реакциях синтеза атомных ядер, протекающих с выделением огромной энер гии. Во всем мире ведутся исследования по освоению управляемой термоядерной реакции. Но до ее практического использования, по * См. об этом в работах [1, 2].

Оглавление Предисловие.................................................................................................. Введение..................................................................................................... Часть I. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЗРЫВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.... Глава 1. Элементы теории взрывчатых веществ и физики взрыва 1.1. Промышленные взрывчатые вещества, применяемые при обработке материалов взрывом...................................................... 1.1.1. Общая характеристика явления взрыва................................ 1.1.2. Классификация взрывчатых веществ................................... 1.2. Возбуждение детонации и распространение детонационных волн в зарядах промышленных взрывчатых веществ. Детона ционные волновые генераторы....................................................... 1.2.1. Средства инициирования детонации ВВ.............................. 1.2.2. Распространение детонационных волн в зарядах ВВ......... 1.2.3. Детонационные волновые генераторы................................. 1.3. Параметры нагружения материалов контактным взрывом за ряда взрывчатого вещества и высокоскоростным ударом........... 1.3.1. Нагружение контактным взрывом........................................ 1.3.2. Нагружение высокоскоростным ударом. Прохождение ударной волны через границу раздела двух сред................ 1.3.3. Нагружение косыми ударными волнами............................. 1.4. Метание тел продуктами детонации при взрыве заряда ВВ........ 1.4.1. Энергетический кинематический подход.......................... 1.4.2. Метание пластины продуктами детонации при нормаль ном падении детонационной волны на поверхность пластины............................................................................... 1.4.3. Соотношения для двумерных стационарных моделей метания.................................................................................. 1.4.4. Метание пластин через слой передающей среды.............. Список литературы..........................................

.................................... Глава 2. Поведение конструкционных материалов при динами ческом и ударноволновом нагружении................................ 2.1. Классификация режимов нагружения.......................................... 2.2. Динамическое нагружение............................................................ 2.2.1. Динамические диаграммы одноосного сжатия и растя жения конструкционных материалов................................. 2.2.2. Динамические испытания материалов, находящихся в сложном напряженном состоянии...................................... 2.2.3. Динамическая трещиностойкость материалов.................. 2.3. Ударноволновое нагружение........................................................ 2.3.1. Основные соотношения....................................................... 2.3.2. Структура ударных волн..................................................... 2.3.3. Напряжения сдвига за фронтом ударной волны................ 2.3.4. Разрушение материалов при взаимодействии ударных волн........................................................................................ Список литературы.............................................................................. Часть II. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ВЗРЫВОМ..... Глава 3. Упрочнение металлов и сплавов взрывом........................... 3.1. Взрывные устройства, используемые для упрочнения взрывом.... 3.1.1. Общая характеристика деформационного упрочнения.... 3.1.2. Схемы взрывных устройств, используемых для упроч нения...................................................................................... 3.2. Особенности деформирования металлов и сплавов при удар новолновом нагружении............................................................... 3.2.1. Фазовые переходы в металлах и сплавах при ударновол новом нагружении и их роль в упрочнении....................... 3.2.2. Механизмы деформирования металлов и сплавов при ударноволновом нагружении.............................................. 3.3. Зависимость параметров упрочнения металлов и сплавов от интенсивности ударноволнового нагружения............................. 3.4. Обработка взрывом сварных соединений металлоконструкций.... 3.5. Элементы инженерной методики проектирования взрывных устройств, используемых для упрочнения взрывом................... 3.6. Детонационно-газовое и взрывное напыление............................ 3.6.1. Технологии нанесения покрытий....................................... 3.6.2. Детонационно-газовое напыление покрытий.................... 3.6.3. Распространение детонационной волны в стволе установки для детонационно-газового напыления........... 3.6.4. Разгон и разогрев частиц напыляемого порошка.............. 3.6.5. Формирование покрытий при детонационно-газовом напылении............................................................................ 3.6.6. Установки для детонационно-газового напыления и их применение........................................................................... 3.6.7. Взрывное напыление покрытий продуктами детонации конденсированных ВВ......................................................... Список литературы.............................................................................. Глава 4. Cварка металлов взрывом...................................................... 4.1. Основные схемы и параметры сварки взрывом.......................... 4.1.1. Основные схемы сварки взрывом....................................... 4.1.2. Кинематические параметры сварки взрывом.................... 4.1.3. Динамические параметры сварки взрывом....................... 4.2. Закономерности процесса сварки взрывом.................................. 4.3. Формирование соединения при сварке взрывом......................... 4.4. Особенности сварки взрывом крупногабаритных металлических листов................................................................... 4.5. Сварка взрывом в сверхзвуковом режиме и ударноволновая сварка.............................................................................................. 4.6. Элементы инженерной методики проектирования взрывных устройств, используемых для сварки взрывом........................... Список литературы.............................................................................. Глава 5. Штамповка взрывом............................................................... 5.1. Основные понятия штамповки взрывом...................................... 5.2. Действие подводного взрыва на заготовку.................................. 5.3. Расчет основных параметров штамповки взрывом..................... 5.3.1. Расчет энергии, передаваемой заготовке при штамповке взрывом................................................................................ 5.3.2. Расчет работы, затрачиваемой на формообразование детали................................................................................... 5.3.3. Расчет массы заряда ВВ...................................................... 5.4. Особенности штамповки взрывом................................................ 5.5. Художественная чеканка взрывом................................................ Список литературы.............................................................................. Часть III. ВЗРЫВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕССОВАНИЯ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ И СИНТЕЗА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ.................................... Глава 6. Прессование пористых материалов взрывом...................... 6.1. Модели уплотнения пористых материалов.................................. 6.1.1. Ударноволновое сжатие пористых материалов................ 6.1.2. Механизмы связывания частиц и микромеханика уплот нения пористых материалов................................................ 6.2. Изготовление плоских изделий из пористых материалов прес сованием взрывом.......................................................................... 6.2.1. Схемы взрывных устройств................................................ 6.2.2. Оценочный расчет основных конструктивных характе ристик взрывных устройств для плоского прессования... 6.3. Изготовление осесимметричных изделий из пористых материалов прессованием взрывом.............................................. 6.3.1. Схемы взрывных устройств................................................ 6.3.2. Формы сходящихся ударных волн при осесимметричном прессовании взрывом........................................................... 6.3.3. Оценочный расчет основных конструктивных характе ристик взрывных устройств для осесимметричного прес сования.................................................................................. 6.4. Динамическое дробление рабочих элементов инструментов из твердосплавных материалов......................................................... Список литературы.............................................................................. Глава 7. Динамический синтез сверхтвердых материалов............... 7.1. Ударноволновой синтез сверхтвердых материалов.................... 7.1.1. Свойства сверхтвердых материалов и их применение..... 7.1.2. Технологии ударноволнового синтеза сверхтвердых материалов............................................................................ 7.2. Детонационный синтез сверхтвердых материалов..................... 7.2.1. Синтез сверхтвердых материалов при детонации смесей бризантных углеродосодержеращих ВВ с графитом и нитридом бора...................................................................... 7.2.2. Синтез УДА при детонации бризантных углеродосодержащих ВВ..................................................... 7.3. Компактирование взрывом порошков сверхтвердых мате риалов............................................................................................. Список литературы.............................................................................. Часть IV. ВЗРЫВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗДЕЛЕНИЯ НА ФРАГМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ И МАТЕРИАЛОВ.... Глава 8. Применение кумулятивных зарядов для разделения конструкций............................................................................. 8.1. Кумулятивная струя и ее взаимодействие с преградой.............. 8.1.1. Принцип действия кумулятивного заряда......................... 8.1.2. Моделирование проникания кумулятивных струй реальных кумулятивных зарядов........................................ 8.2. Влияние конструктивных характеристик и условий применения осесимметричных кумулятивных зарядов на их пробивное действие....................................................................... 8.3. Кумулятивные перфораторы......................................................... 8.4. Газокумулятивные заряды и их действие.................................... 8.5. Удлиненные кумулятивные заряды.............................................. 8.5.1. Общая характеристика УКЗ................................................ 8.5.2. Анализ существующих конструкций УКЗ......................... 8.5.3. Определение оптимальных параметров разрезания пре град из конструкционных материалов с помощью УКЗ марки 2ТСн........................................................................... 8.5.4. Резание конструкций взрывом............................................ Список литературы.............................................................................. Глава 9. Взрывные технологии разделения на фрагменты мас сивных стальных конструкций и автомобильных шин.. 9.1. Технология разделения на фрагменты массивных стальных конструкций, основанная на взаимодействии ударных волн разрежения...................................................................................... 9.1.1. Разделение на фрагменты толстостенных конструкций... 9.1.2. Ударные волны разрежения — аномальное явление в газовой динамике................................................................. 9.1.3. Применение метода УВР для резания толстостенных преград.................................................................................. 9.2. Взрывные устройства для подводного резания свай.................. 9.2.1. Взрывное устройство ВУ1.................................................. 9.2.2. Взрывное устройство ВУ2.................................................. 9.3. Взрывные устройства для резания многослойных трубопро водов............................................................................................... 9.4. Дробление автомобильных шин взрывом.................................... Список литературы.............................................................................. Глава 10. Взрывные установки многоразового действия................ 10.1. Основные принципы работы взрывных генераторов давления.... 10.2. Промышленные взрывные установки многоразового действия... 10.2.1. Установка для резания взрывом «Гильотина»................ 10.2.2. Серия взрывных установок для горнодобывающей промышлености................................................................. 10.2.3. Взрывной метод исследования сейсмостойкости соору жений.................................................................................. Список литературы.............................................................................. Глава 11. Взрывные методы дистанционной разборки боепри пасов........................................................................................ 11.1. Проблема утилизации боеприпасов............................................ 11.2. Механические свойства твердых взрывчатых веществ при интенсивном ударном и ударноволновом нагружении.............. 11.2.1. Ударноволновое нагружение............................................ 11.2.2. Прочность твердых ВВ при больших скоростях деформаций........................................................................ 11.3. Ударноволновая чувствительность зарядов твердых взрывчатых веществ.................................................................... 11.3.1. Ударные волны в твердых ВВ.......................................... 11.3.2. Критические условия возбуждения низкопорядковых взрывных процессов.......................................................... 11.3.3. Критические условия возбуждения детонации............... 11.4. Некоторые взрывные методы разборки боеприпасов............... 11.5. Взрывные методы уничтожения боеприпасов без возбужде ния детонации в их снаряжении с помощью кумулятивных зарядов.......................................................................................... 11.5.1. Общая характеристика проблемы.................................... 11.5.2. Физические основы технологии разминирования с по мощью кумулятивных зарядов......................................... 11.5.3. Лабораторные испытания взрывной технологии разми нирования........................................................................... 11.5.4. Полигонные испытания взрывной технологии разми нирования........................................................................... Список литературы.............................................................................. Часть V. ЗАЩИТА ОТ ДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА................................... Глава 12. Методы ослабления действия взрыва и его локализации.. 12.1. Ослабление действия взрыва в воздухе..................................... 12.1.1. Ослабление действия взрыва в воздухе с помощью оболочки из воды или песка............................................. 12.1.2. Ослабление действия взрыва в воздухе с помощью экранов из пены и воздушно-водяных завес................... 12.1.3. Ослабление действия взрыва в воздухе с помощью перфорированных преград............................................... 12.2. Ослабление действия взрыва в воде с помощью пузырьковых экранов.......................................................................................... 12.3. Применение пористых экранов и амортизаторов для защиты конструкций от воздействия взрывных и ударных нагрузок... 12.3.1. Уменьшение с помощью пористых экранов нагрузок, действующих на конструкции при их ударноволновом нагружении........................................................................ 12.3.2. Уменьшение с помощью пористых амортизаторов нагрузок, действующих на конструкции при их ударном нагружении......................................................................... Список литературы.............................................................................. Глава 13. Взрывные камеры................................................................. 13.1. Расчет взрывных нагрузок, действующих на стенки взрывных камер............................................................................................. 13.1.1. Общая характеристика взрывных камер.......................... 13.1.2. Взрывные нагрузки, возникающие при взрыве компакт ных зарядов ВВ.................................................................. 13.2. Расчет взрывных камер на прочность........................................ 13.2.1. Уравнение динамического деформирования оболочек осесимметричных или центрально-симметричных взрывных камер................................................................. 13.2.2. Упругое деформирование оболочки взрывной камеры.. 13.2.3. Учет других форм колебаний оболочек при расчете взрывных камер на прочность.......................................... 13.2.4. Пластическое деформирование оболочки взрывной камеры................................................................................ 13.2.5. Эмпирические формулы для определения несущей способности прямоугольных взрывных камер............... 13.2.6. Особенности расчета железобетонных взрывных камер на прочность...................................................................... 13.2.7. Учет масштабных эффектов при разрушении взрыво защитных конструкций..................................................... 13.3. Расчет круглых и прямоугольных пластин и крепежных эле ментов на прочность при действии взрывных нагрузок. Про тивоосколочная защита............................................................... Список литературы.............................................................................. Часть VI. МИРНЫЕ ЯДЕРНЫЕ ВЗРЫВЫ......................................... Глава 14. Применение ядерных взрывов в научных исследо ваниях..................................................................................... 14.1. Применение ядерных взрывов для накачки лазерных сред...... 14.2. Исследование сжимаемости веществ под действием высоких давлений ударных волн............................................................... 14.3. Исследование процесса разрушения материалов при объем ном разогреве излучениями ядерного взрыва........................... Список литературы.............................................................................. Глава 15. Применение ядерных взрывов в промышленности......... Список литературы.............................................................................. Глава 16. Применение ядерных взрывов в энергетике.................... Список литературы.............................................................................. Учебное издание Селиванов Виктор Валентинович Кобылкин Иван Федорович Новиков Станислав Александрович Взрывные технологии Редактор Е.В. Авалова Художник Н.Г. Столярова Компьютерная верстка С.Ч. Соколовского Оригинал-макет подготовлен в Издательстве МГТУ им. Н.Э. Баумана Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.60.953.Д.003961.04.08 от 22.04.2008 г.

Подписано в печать 18.08.08. Формат 6090/16. Печать офсетная Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс». Усл. печ. л. 40, Уч.-изд. л. 40,0. Тираж 1000 экз. Заказ № Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская, Отпечатано с готовых диапозитивов в ГУП ППП «Типография «Наука»

121099, Москва, Шубинский пер.,

 














 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.