RU2089278C1

RU2089278C1 - Device for action on substance with high-pressure shock waves

Info

Publication number: RU2089278C1
Application number: RU94032955A
Authority: RU
Inventors: Р.С. Осипов; В.А. Цыганов
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Priority date: 1994-09-07
Filing date: 1994-09-07
Publication date: 1997-09-10
Also published as: RU94032955A

Abstract

FIELD: examination of properties of substances under action of high pressure. SUBSTANCE: device is composed of cylindrical metal ampule with cavity for placement of examined substance, explosive charge with initiating unit is positioned on outer surface of ampule. Charge is composed of high-rate and low- rate explosives. First part of charge overlaps zone of location of cavity, second part borders on it. Initiating unit is placed on free butt of explosive charge. EFFECT: device makes it possible to subject substances to load of shock wave in preserved ampule and to keep them for subsequent analysis under loading pressures up to several Mb. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике высоких давлений и может быть использовано для изучения воздействия ударных волн высокого давления на вещества. The invention relates to high-pressure technology and can be used to study the effect of high-pressure shock waves on substances.

Известно устройство для воздействия на вещество с помощью ударных волн сверхвысокого давления [1] Оно содержит осесимметричный керн с полостями для размещения вещества, соосную с керном металлическую оболочку с размещенным на ее наружной поверхности зарядом взрывчатого вещества и дополнительную оболочку между керном и основной оболочкой для обеспечения сохранности керна. Недостатком этого устройства является ограниченный диапазон давлений из-за невозможности сохранения ампулы, испытывающей дополнительные импульсные механические нагрузки в радиальном направлении от действия ударника. A device for impacting a substance using ultrahigh-pressure shock waves [1] It contains an axisymmetric core with cavities for accommodating a substance, a metal shell coaxial with the core with an explosive charge placed on its outer surface, and an additional shell between the core and the main shell to ensure safety core. The disadvantage of this device is the limited pressure range due to the inability to save the ampoule, experiencing additional pulsed mechanical loads in the radial direction from the action of the hammer.

Известно также устройство для ударной обработки высоким давлением сжимаемого материала [2] Оно содержит длинную цилиндрическую оболочку с заключенным в ней обрабатываемым материалом и коаксиально ей деформируемую оболочку с размещенным на ее наружной поверхности основным зарядом взрывчатого вещества непрерывно взрывающимся в продольном направлении с воздействием на деформируемую оболочку с обрабатываемым материалом. Для предотвращения разрушения оболочки в начальной и конечной зонах расположены дополнительные заряды. A device is also known for impact processing by high pressure of a compressible material [2]. It contains a long cylindrical shell with the processed material enclosed in it and a deformable shell coaxially with the main explosive charge placed on its outer surface and continuously exploding in the longitudinal direction with the impact on the deformable shell with the processed material. To prevent destruction of the shell in the initial and final zones are additional charges.

Недостатками этого устройства являются искажение воздействия на вещество от детонационных волн, генерируемых торцевых зарядами, а также ударные механические нагрузки от действия деформируемой дополнительной оболочки на основную оболочку, что снижает диапазон давлений при условии ее сохранения. The disadvantages of this device are the distortion of the effect on the substance from detonation waves generated by end charges, as well as shock mechanical loads from the action of the deformable additional shell on the main shell, which reduces the pressure range provided that it is preserved.

Наиболее близким к заявленному является устройство сверхвысокого давления для взрывной обработки материалов [3] содержащее заряд взрывчатого вещества с осевым детонатором, аксиально установленный в нем, как привило, с двойной стенкой цилиндрический контейнер для обрабатываемого материала. Closest to the claimed is an ultra-high pressure device for explosive processing of materials [3] containing an explosive charge with an axial detonator, axially mounted in it, as a rule, with a double wall, a cylindrical container for the processed material.

Недостатком устройства является невозможность сохранения герметичности контейнера с обрабатываемым материалом при достижении высоких давлений порядка 1 Мбар. The disadvantage of this device is the inability to maintain the tightness of the container with the processed material upon reaching high pressures of the order of 1 Mbar.

Решаемой технической задачей является создание устройства для исследования состояния вещества в результате воздействия на него ударных волн высокого давления от сотен Кбар до нескольких Мбар при условии сохранения герметичности контейнера с исследуемым образцом для последующего его анализа. The technical task to be solved is the creation of a device for studying the state of a substance as a result of exposure to high-pressure shock waves from hundreds of Kbar to several Mbar, provided that the container with the test sample remains airtight for subsequent analysis.

Задача решается устройством, содержащим заряд взрывчатого вещества, инициирующее его устройство, аксиально установленный в заряде контейнер в виде цилиндра в полостью для размещения вещества, при этом согласно изобретению, заряд выполнен составным по длине из высокоскоростного взрывчатого вещества, перекрывающего по наружной цилиндрической поверхности контейнера зону расположения полости и примыкающего к нему заряда низкоскоростного взрывчатого вещества, причем инициирующее устройство установлено на свободном торце заряда, а контейнер с зарядом -на поддоне. The problem is solved by a device containing an explosive charge, a device initiating it, an axially mounted container in the form of a cylinder in a cavity in which to hold the substance, according to the invention, the charge is made integral along the length of the high-speed explosive, covering the location zone along the outer cylindrical surface of the container cavity and adjacent charge of a low-speed explosive, the initiating device mounted on the free end of the charge, and Inner with charge on a pallet.

Совокупность указанных существенных признаков необходима для решения поставленной задачи, исходя из объяснения факторов, определяющих протекание процесса нагружения. The combination of these essential features is necessary to solve the problem, based on an explanation of the factors that determine the course of the loading process.

В результате инициирования заряд взрывчатого вещества (ВВ) по свободной торцевой поверхности, по оси контейнера формируется тришоковая ударная волна, движущаяся вдоль оси цилиндра со скоростью детонации окружающей его ВВ. Энергия, вводимая в тришоковую зону, зависит от скорости детонации применяемого ВВ, а также от термодинамических свойств исследуемого вещества. В случае реализации давлений нагружения более 1 Мбар металл контейнера с веществом в зоне тришоковой волны теряет прочность (в том числе и расплавляется) и выносится ударной волной, формируя вдоль оси контейнера канал, через который выбрасывается и исследуемое вещество. As a result of the initiation of an explosive charge on the free end surface, a trishock shock wave is formed along the axis of the container, moving along the axis of the cylinder with the detonation velocity of the explosive surrounding it. The energy introduced into the trishock zone depends on the detonation velocity of the explosive used, as well as on the thermodynamic properties of the test substance. In the case of loading pressures of more than 1 Mbar, the metal of the container with the substance in the zone of the trishock wave loses its strength (including melts) and is carried out by the shock wave, forming a channel along the axis of the container through which the test substance is ejected.

Для исключения разгерметизации контейнера при высоких давлениях нагружения, когда происходит потеря прочности металла контейнера, заряд ВВ с требуемым уровнем энергии перекрывает зону полости с исследуемым вещество, а к нему примыкают низкоскоростное ВВ, энергии которого недостаточно для потери прочности материалом контейнера. Таким образом, энергия тришоковой ударной волны в зоне, не влияющей на исследуемое вещество, снижается до уровня, позволяющего сохранить герметичность контейнера с веществом и тем самым использовать полученные в результате нагружения веществ для дальнейших анализов. To avoid depressurization of the container at high loading pressures, when the metal strength of the container is lost, the explosive charge with the required energy level covers the cavity zone with the substance under study, and a low-speed explosive adjacent to it, whose energy is insufficient to lose the strength of the container material. Thus, the energy of a trishock shock wave in the zone that does not affect the test substance is reduced to a level that allows to maintain the tightness of the container with the substance and thereby use the substances obtained as a result of loading for further analyzes.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, при котором низкоскоростное ВВ расположено в нижней части контейнера, в варианте. На фиг. 2 второй вариант устройства, при котором низкоскоростное вещество расположено по обеим сторонам высокоскоростного вещества. In FIG. 1 shows the proposed device, in which a low-speed explosive is located in the lower part of the container, in the embodiment. In FIG. 2 is a second embodiment of a device in which a low-speed substance is located on both sides of a high-speed substance.

Устройство состоит из цилиндрического контейнера 1 с полостью для исследуемого вещества 2. На цилиндрической поверхности контейнера в зоне размещения полости установлен заряд высокоскоростного ВВ [3] К нему примыкает с одной (вариант 1) или с обеих (вариант 2) сторон заряд низкоскоростного ВВ 4. Вся сборка установлена одним торцем на металлический поддон 5. Инициирующее устройство 6 размещено на свободном торце заряда ВВ. The device consists of a cylindrical container 1 with a cavity for the test substance 2. On the cylindrical surface of the container in the cavity location zone, a charge of a high-speed explosive is installed [3] A charge of a low-speed explosive 4 is adjacent to it on one (option 1) or on both (option 2) sides. The entire assembly is installed at one end on a metal pallet 5. The initiating device 6 is placed on the free end of the explosive charge.

Устройство работает следующим образом. В результате инициирования ВВ по свободной торцевой поверхности по оси контейнера формируется тришоковая ударная волна, движущаяся вдоль цилиндрической поверхности на протяжении всей длины используемого заряда ВВ. Под действием давления и тепловой энергии, перекрывающего зону расположения полости с исследуемым веществом 2, металл контейнера 1 в зоне тришоковой волны теряет прочность, что привело бы к выносу его ударной волной через канал, сформировавшийся по оси контейнера. При наличии примыкающего к заряду 3 низкоскоростного заряда ВВ 4 этого не происходит из-за снижения тришоковой ударной волны до уровня, недостаточного для потери прочности металлом контейнера, с одной стороны (вариант 1) или обеих (вариант 2) сторон полости. The device operates as follows. As a result of the initiation of the explosive along the free end surface, a trishock shock wave is formed along the axis of the container, which moves along the cylindrical surface throughout the entire length of the explosive charge used. Under the action of pressure and thermal energy that overlaps the zone of the cavity with the test substance 2, the metal of the container 1 in the zone of the trishock wave loses its strength, which would lead to its removal by the shock wave through a channel formed along the axis of the container. In the presence of a low-speed explosive charge 4 adjacent to the charge 3, this does not occur due to a decrease in the trishock shock wave to a level insufficient for the metal to lose strength on the container on one side (option 1) or both sides (option 2) of the cavity.

Наличие поддона 5 предотвращает возможность откольного разрушения дна контейнера 1. Таким образом обеспечивается сохранность контейнера с исследуемым веществом в процессе нагружения ударной волной до давления, необходимого по условиям эксперимента для дальнейшего анализа. The presence of the pallet 5 prevents the possibility of spall destruction of the bottom of the container 1. This ensures the safety of the container with the test substance during loading by the shock wave to the pressure required by the experimental conditions for further analysis.

Claims

A device for exposing a substance to high-pressure shock waves, containing an explosive charge with an initiating device, an axially mounted metal cylindrical container with a cavity for containing substances, characterized in that the charge is made integral along the length of a high-speed explosive that covers the cavity the outer cylindrical surface of the container, and the adjacent low-speed explosive, the container with charge is mounted on Don, and the initiating device on the free end of the charge.