УДК 622.235
КЛОЧКО И. И. (ДонНТУ)
Представ
лены результаты опытной проверки влияния чистоты поверхности на образование откольных трещин при взрывании модельних блоков из оптически активних материалов.
Широкое применение взрыва, как способа разрушения горных пород , требует умения управлять этим процессом в нужном направлении. В связи с этим возникает задача исследования механизма разрушения твердого тела взрывом, в которую можно включить: определение места разрушения среды (во фронте ударной волны или за ее фронтом), выявление определяющих параметров разрушения (предельных значений напряжений, деформаций и энергии), а так же нахождение зависимости характера разрушения от условий деформирования. Указанная задача осложнена тем, что на механизм разрушения существенное влияние оказывает динамика самого процесса.
По поводу механизма разрушения существует значительное количество теорий. Наиболее признанными являются теории, сочетающие совместное действие ударных волн (УВ) и продуктов взрыва (ПВ). При этом, по данным различных авторов, доля разрушений приходящихся на УВ и ПВ пределяется неоднозначно. Так же неоднозначно определяется роль волн отражения (ВО) в процессе разрушения. По некоторым данным до 30% разрушений определяется наличием ВО. По другим работам объем разрушений от ВО не превышает долей процента.
Из теории отколообразования известно, что взаимодействие импульсов падающей и отраженной волны, когда суммарная величина импульса становится больше или равной пределу прочности среды на разрыв,
наблюдается явление откола. В общем случае, если напряжение в падающей волне составляет nσ, то образуется n откольных слоев. По существу таким же является механизм разрушения угловых частей массивов горных пород. При этом скорость отраженной волны uотр=2un,где un - скорость падающей волны, м/сек.
Для исследований явления откола в лабораторных условиях прибегают к помощи стержня Гопкинсона или к моделям из оптически активных материалов. Как в первом, так и во втором случаях материал полируют (шлифуют). В этой связи представляет интерес изучение образования трещин в моделях из оптически активных материалов с различной степенью шероховатости поверхности. Специальными опытами было доказано, что момент появления разрушений на свободной поверхности зависит от чистоты ее обработки [1].
Для исследования влияния шероховатости поверхности в взрывной камере МакНИИ нами были выполнены экспериментальные взрывы шпуровых зарядов в образцах из плексигласа. Образцы кубической формы с размером ребра 100 мм. В первом случае все грани образцов были полированными, а во втором – две боковые грани не полировались. Оценка шероховатости поверхностей проводилась по стандартной методике с помощью профилографа-профилометра К-201. Результаты замеров показали, что полированные грани имели шероховатость равную 0,03 мкм (11-12 класс), а не полированные – 7,4 мкм (4 класс).
Заряд ВВ, в качестве которого использовали навеску ТЭНа, помещали в шпур, просверленный в центре куба. Параметры заряда составляли:
диаметр шпура – 3,3 мм; глубина шпура – 65 мм; вес ВВ − 0,4 г; высота заряда – 33 мм; высота забойки – 32 мм;
прочность заряжения –0,85 г/м3.
Фиксация развития взрыва и процесса разрушения модельных блоков осуществлялась в проходящем пучке света с помощью прибора СФР-2М, работающего в режиме лупы времени. В качестве источника света использовали прессованные тротиловые шашки массой 30 г.
Регистрограммы дробления модельных блоков приведены на рис.1 и 2. На рис.1 представлены регистрограммы разрушения модельного блока с полированными поверхностями, на рис.2 – с двумя не полированными.
2 мкс | 32 мкс | 64 мкс |
Рис.1 Регистрограмма развития взрыва в блоке с полированными
поверхностями.
4 мкс | 32 мкс | 44 мкс |
Рис.2 Регистрограмма развития взрыва в блоке с двумя не полированными поверхностями.
Если в первом случае уже к 32 мкс видно образование откольных трещин у всех поверхностей, а к 64 мкс заметен значительный рост трещин, развивающихся по нормали от поверхности вглубь. Во втором эксперименте отдельные трещины появляются только у полированных поверхностей, а к 44 мкс заметен рост нормальных растущих трещин от поверхности блока. Таким образом, на разрушение материала в падающей волне качество отражающей поверхности не влияет.
Для отраженной волны, как следует из экспериментальных данных, величина поверхностных неровностей оказывает существенное влияние. Причиной такого эффекта служит рассеивание энергии волны на неровностях.
Появление и развитие поверхностной области разрушения можно объяснить действием растягивающих напряжений на свободной поверхности блока в поле напряжений, создаваемых в блоке давлением ПВ.
Рассмотрим параметры взрывного импульса для данного эксперимента:
Pг = (К – 1) pВВ E, Па
где pВВ − плотность ВВ, г/м3, Е = Ес ,
где с – вес заряда, г
Е – удельная энергия ВВ (теплота взрыва), кДж/кг Для наших условий:
Рср = 9,68•109 Па
Показатель акустической жесткости: А = ρсLс,
где ρс – плотность среды,
Lс – скорость распространения акустической волны. Для наших условий :
А = 2,18•106 кг/м с.
Таким образом, величина развиваемого давления на три порядка выше показателя акустической жесткости материала.
Проведенные взрывы позволяют утверждать, что разрушение материала откольными явлениями возможно при соответствующих параметрах падающей волны сжатия и зависит от состояния поверхности материала. Полученные результаты могут быть использованы для расчетов взаимодействия зарядов ВВ при короткозамедленном взрывании.
Библиографический список
1. Сухотин А.П., Викторов С.Д. Взрыв сферического заряда ВВ в блоке стекла // Взрывное дело – Москва, «Недра», 1976 – №76/33 – С. 55-60