§ 3. Опыты с образцами различной формы

В опытах, описанных выше, только импульс напряжения, отраженный от нижней поверхности плиты, имел достаточную для разрушения амплитуду, боковые же грани плиты были слишком удаленными от места взрыва, чтобы отраженные от них волны могли привести к разрушению образца. Однако в образцах меньших размеров волны, отраженные от боковых граней, производят разрушения; кроме того, взаимно усиливающее влияние между волнами, отраженными от боковых граней и от нижней поверхности образца, может привести к дополнительным разрушениям. Шерман, Кристье и автор (Кольский и Шерман [75], Кольский и Кристье [74]) провели опыты с образцами из прозрачных материалов, чтобы наблюдать разрушения, происходящие вследствие интерференции между отраженными импульсами давления.

Были использованы образцы из пластиков и стекла; маленький заряд азида свинца наклеивался на поверхность образца в форме небольшого полусферического холмика. Крупинка гремучего серебра помещалась наверху заряда, чтобы обеспечить быструю детонацию; заряд поджигался с помощью проволочки, нагреваемой электрическим током. Большинство опытов было проведено с образцами из перспекса (пластицированного полиметил-метакрилата), так как этот материал можно сделать совершенно свободным от неоднородных внутренних деформаций, причем скорость волн расширения в нем сравнительно невелика (около так что длина импульса с продолжительностью 2 мксек. составляет только Так как эффективная продолжительность импульсов, получаемых с помощью использованных очень маленьких зарядов, была такого порядка, размеры образца можно было сделать большими по сравнению с длиной импульса. Это упрощало характер распределения напряжений, получающегося после отражения.

При детонации заряда на поверхности большого куска материала образуется маленький поверхностный кратер. Кратер окружен

небольшой приблизительно полусферической областью разрушения. Эти разрушения произведены растягивающими напряжениями, параллельными фронту волны, которые возникли от уходящего сферического импульса сжатия. Разрушения состоят из большого числа мелких волокнистых трещин, расходящихся от места взрыва.

Если образец достаточно велик, только эти разрушения и наблюдаются, так как амплитуда уходящего сферического импульса при достижении свободной поверхности образца становится слишком малой, чтобы произвести разрушения.

Если заряд подорван на поверхности полосы материала вдали от краев, откол образуется на противоположной поверхности, в области прямо под зарядом.

Фиг. 45. Взаимодействие между импульсами, отраженными от боковых граней и от нижней поверхности небольшого прямоугольного образца.

Это явление было рассмотрено в предыдущем параграфе при описании опытов Гопкинсона со стальными образцами. Если заряд помещен вблизи края полосы, импульсы растяжения отражаются как от нижней Поверхности, так и от боковой грани полосы. Импульс, отраженный от нижней поверхности, приводит к отколу, а импульс, отраженный от боковой грани, дает поверхность разрушения, параллельную боковой грани. В опытах с маленькими зарядами азида свинца над образцами из пластиков разрушения последнего типа обнаружены на расстоянии в несколько миллиметров от боковой грани. Расстояние этих областей разрушения от боковой грани зависит от амплитуды и формы расходящегося импульса давления. Как показано на фиг. 21, это расстояние никогда не превышает половины длины импульса, а для импульса со ступенчатым фронтом оно должно стать равным половине его длины, когда

амплитуда как раз такая, какая необходима для разрушения материала.

Помимо разрушений, производимых раздельными отражениями импульса от нижней поверхности и от боковой грани образца, разрушение может наступить также в результате взаимодействия двух отраженных импульсов. Это явление показано схематически на фиг. 45, где изображено поперечное сечение прямоугольного образца. Заряд находится в точке на верхней храни. и линии пересечения с боковыми поверхностями, пересечение с нижней гранью. Волны расширения, отраженные от граней и кажутся исходящими из зеркально отраженных точек причем взаимодействие между ними будет происходить по плоскости, содержащей точку С и перпендикулярной к линии оба отраженных импульса приходят одновременно в любую точку этой плоскости. Аналогичное взаимодействие будет происходить в плоскости, содержащей точку и перпендикулярной прямой В опытах с небольшими прямоугольными образцами обнаружено, что поверхности разрушения проходят по этим плоскостям взаимодействия; на фотографии II показан вид сверху и сбоку на квадратный образец, причем видны эти разрушения.

Фиг. 46. Расположение областей разрушения в цилиндрическом образце при взрыве заряда в центре одного из торцев.

Когда заряд взрывается в центре одного из торцов цилиндрического образца, образуется несколько различных областей разрушения, что показано схематически на фиг. 46. Эти разрушения суть следующие:

а) Небольшая область разрушения вокруг места взрыва которая на фиг. 46 заштрихована.

б) Круговая трещина на верхнем торце в нескольких миллиметрах от края (показана на рисунке рисками 5 и Она появляется в результате отражения импульса сжатия от цилиндрической поверхности образца с образованием волны растяжения.

в) Длинная и узкая область разрушения, развивающаяся на некотором расстоянии вниз по оси цилиндра Разрушение произведено волной, которая, отразившись от криволинейной поверхности, сбегается к оси цилиндра, так что в этой области возникают большие растягивающие напряжения, приложенные в радиальном направлении. Если бы заряд имел в самом деле точечные размеры, то растягивающее напряжение на оси было бы бесконечным; однако поскольку его размеры конечные, большое растягивающее напряжение

возникает лишь в области вокруг оси, радиус которой сравним с размером заряда. Было найдено, что длина этой области разрушения возрастает с весом заряда; точка С соответствует точке, где наибольшее результирующее растягивающее напряжение как раз равно пределу прочности на растяжение пластика.

Найдено, что интенсивность разрушения вдоль линии не уменьшается монотонно, а проходит через максимум и затем быстро убывает. Причину этого можно представить себе так: для "луча" который после отражения идет вдоль интенсивность в точке зависит от длины которую он должен пробежать, угла падения луча на цилиндрическую поверхность. Для точек, лежащих ниже на оси цилиндра, проходимое расстояние и угол падения возрастают и, тогда как амплитуда обратно пропорциональна расстоянию, возрастание угла падения приводит вначале к уменьшению, а затем к увеличению амплитуды отраженной волны растяжения (см. фиг. 6).

Когда заряд взрывается в центре основания конического образца, разрушения образуются вдоль оси конуса так же, как и в цилиндре; эта область разрушения видна на фотографии III, где снят конический образец.

г) В коротких цилиндрах наблюдается плоская область разрушения параллельная основанию цилиндра. Она вызвана отражением импульса от плоского торца цилиндра и подобна образованию откола в плоских пластинках. На рисунке показан луч иллюстрирующий образование этого разрушения.

д) Наконец, взаимодействие импульса, отраженного от основания цилиндра, и импульса, отраженного от нижней части цилиндрической поверхности, приводит к разрушению по конической поверхности, что показано отрезками на фиг. 46. Это явление уже было рассмотрено и проиллюстрировано на фиг. 43. Можно видеть, что тангенс угла, образуемого конической областью разрушения с основанием цилиндра, равен отношению радиуса цилиндра к его высоте.