Поведение металлов при сверхвысоких скоростях деформирования.

[Jesse 979]

Недавно коллега рассказывал про испытания, которые проводились в г. Королёв. Суть данных экспериментов заключалась в проверке на прочность алюминиевых листов при обстреле их круглыми образцами (если память не изменяет, более прочного и твёрдого вольфрама) из пневмопушки - имитировалось поведение обшивки космического корабля на орбите при попадании метеорита. Соответственно, скорости "снарядов" огромные - несколько км/с. Но более всего меня заинтересовал в его рассказе тот факт, что лист алюминия вёл при этом себя как идеальная жидкость с переходом практически всего объёма в пластическое состояние. Не знаю  как другие, но я до этого полагал, что при повышении скорости деформирования возрастает хрупкость (с повышением предела текучести и прочности, но это не важно). Связано это прежде всего (как я думал) с инерционностью дислокационного механизма пластической деформации: скорость распр-я деформации в металле ограничена скоростью звука, соотв-но на активацию и развитие процесса пласт-й деф-и нужна как дополнительная энергия (сила Пайерлса—Набарро), так и дополнительное время..
Т.е. по моей логике разрыв атомных связей должен был бы происходить быстрее, чем образование "пластики".
Но каким-то макаром весь объём оказывается в пластическом состоянии, хотя мы имеем дело с процессами более быстрыми чем скорость распр-я звука в металле.
Немного погуглив, наткнулся на одну статью из журнала технической физики за 2013 год и книжку, где обсуждается и исследуется этот вопрос. Там внимание акцентируют именно на строении кристаллической решётки:

Цитата

Металлы с ОЦК-решеткой (железо, хром, молибден, вольфрам), а также керамические материалы, гораздо более чувствительны к изменениям температуры и скорости деформирования, чем металлы с ГЦК-решеткой (алюминий, медь, золото и никель).

Цитата

ХВП характерен для металлов с объемно-центрированной кристаллической решеткой (молибден, вольфрам, хром, конструкционные стали), интерметаллидов (TiAl, NiAl) и других сплавов. Металлы с решеткой гранецентрированного куба (аустенитные стали, медь, алюминий, никель) не склонны к охрупчиванию.

Тогда у алюминия в космической отрасли появляется доп. преимущество помимо веса - вязкий характер разрешения при сверхвысоких скоростях деформирования...

Цитата

Заметим, что начальный участок диаграмм (pис. 1, 4) при умеренно высоких скоростях деформации соответствует достаточно быстрому росту ”температуры хладноломкости“ с увеличением скорости деформации, что находится по крайней мере в качественном согласии с традиционными представлениями и простыми феноменологическими моделями, например уравнением (1). Однако в диапазоне сверхвысоких скоростей деформации предлагаемая в настоящей работе модель предсказывает ”аномальное“ снижение температуры ХВП, что противоречит традиционным представлениям, но косвенно подтверждается рядом экспериментальных работ.

ХВП - хрупко-вязкий переход. Статейку прикрепил, она маленькая.

Вот что написано в статье Википедии про кумулятивный эффект:

Цитата

Поскольку при встрече кумулятивной струи с бронёй развивается очень высокое давление, на один-два порядка превосходящее предел прочности металлов, то струя взаимодействует с бронёй в соответствии с законами гидродинамики, то есть при соударении они ведут себя как идеальные жидкости. Прочность брони в её традиционном понимании в этом случае практически не играет роли, а на первое место выходят показатели плотности и толщины бронирования^[2].

Можно ли в этой связи сказать, что исследование и построение математических моделей металлов должно производиться с помощью инструментов вычислительной гидродинамики, а не механики твёрдого тела?
Есть ли вообще у кого-нибудь опыт в проведении подобного рода экспериментов или моделирования и расчёта оных? 

книжка_74 стр.pdf

журнал тех_физики_2013.pdf

Изменено 15 октября 2019 пользователем Jesse

[AlexKaz 1 854]

7 часов назад, Jesse сказал:

Тогда у алюминия в космической отрасли появляется доп. преимущество помимо веса - вязкий характер разрешения при сверхвысоких скоростях деформирования...

Для чего в космосе сверхвысокие скорости разрушения? Они там никому не нужны.

7 часов назад, Jesse сказал:

идеальная жидкость с переходом практически всего объёма в пластическое состояние

Это хорошо что-ли?

Космические алюминиевые гробы - это апофеоз современной российской науки? У вас там все такие интересные?

Изменено 16 октября 2019 пользователем AlexKaz

[AlexKaz 1 854]

7 часов назад, Jesse сказал:

Можно ли в этой связи сказать, что исследование и построение математических моделей металлов должно производиться с помощью инструментов вычислительной гидродинамики, а не механики твёрдого тела?
Есть ли вообще у кого-нибудь опыт в проведении подобного рода экспериментов или моделирования и расчёта оных? 

Конечно да. Загвоздка вашей организации - у вас нет оформленного до численного кода закона поведения материала на высоких скоростях.

А за бугром есть и код, и верифицированные примеры, и опыт, и спецы. А вам только-только предстоит всё это освоить (т.к. за 30 лет всё протеряли, без шуток и сарказма, это факт). Отставание лет на 50. Читайте мою методичечку по LS-Dyna.

А 50 лет - это значит что вы вечно будете отставать. Такая сложилась система.

З.Ы. Только не надо бла-бла-бла про то, сколько много вам там платят и как там вам прекрасно живётся. Пром в РФ сдох или вот-вот откинет копыта, и единичные счастливчики с овервысокой зп ничего не изменят в общей картине. Сейчас даже не 40-е гг 20-го века, сейчас в РФ реально уровень гнилой царской россии 19 века.

Изменено 16 октября 2019 пользователем AlexKaz

[Jesse 979]

8 часов назад, AlexKaz сказал:

ля чего в космосе сверхвысокие скорости разрушения? Они там никому не нужны

Писал же, имитация попадания метеорита или космической пыли быстролетящей

 

8 часов назад, AlexKaz сказал:

У вас там

Я не работаю там мой коллега когда-то на прошлой работе ездил туда в командировку, вот и видел это дело. 

 

8 часов назад, AlexKaz сказал:

нет оформленного до численного кода закона поведения материала на высоких скоростях.

А за бугром есть и код, и верифицированные примеры, и опыт, и спецы. А вам только-только предстоит всё это освоить (т.к. за 30 лет всё протеряли, без шуток и сарказма, это факт). Отставание лет на 50

Что есть то есть

[Udav817 289]

В 16.10.2019 в 02:38, Jesse сказал:

лист алюминия вёл при этом себя как идеальная жидкость с переходом практически всего объёма в пластическое состояние

Следуя из ниже написанного возникает ощущение, что вы видите эти свойства только в алюминии. Насколько я помню из университетского курса, при сверхбыстрых деформациях металлы действительно ведут себя как жидкость. 

[Jesse 979]

4 часа назад, Udav817 сказал:

Следуя из ниже написанного возникает ощущение, что вы видите эти свойства только в алюминии. Насколько я помню из университетского курса, при сверхбыстрых деформациях металлы действительно ведут себя как жидкость. 

в том то и дело, что для алюминия да и некоторых других, а для стали нет..
свойства алюминия и в другом отношении резко разнятся от стали - фактически у него нет предела выносливости, то есть он разрушается при сколь угодно малых циклических нагрузках..