Випуски МФіНТ »  Том 45, випуск 11

Профільовані детонаційні хвилі в технологіях вибухового оброблення металів

В. В. Соболєв$^{1}$, О. В. Скобенко$^{1}$, М. М. Кононенко$^{1}$, В. В. Кулівар$^{1}$, А. В. Курляк$^{2}$

$^{1}$Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», просп. Дмитра Яворницького, 19, 49005 Дніпро, Україна
$^{2}$ДП НВО «Павлоградський Хімічний Завод», вул. Заводська, 44, 51402 Павлоград, Україна

Отримано: 08.06.2023; остаточний варіант - 15.07.2023. Завантажити: PDF

Подано короткий огляд фізико-технічних особливостей сучасних технологій пласкохвильової, збіжної циліндричної та сферичної детонаційних хвиль, що використовуються у фізиці та хемії високих густин енергії, фізиці металів, матеріялознавстві, машинобудуванні, гірничо-металурґійній промисловості. Показано основні недоліки наявних технологій і зосереджено увагу на технічному характері причин, що обмежують застосування їх. Приділено увагу вирішенню проблеми одночасного ініціювання детонації всього поверхневого шару світлочутливої вибухової речовини, незалежно від форми поверхні. Запропоновано фізико-математичну методику оцінки ударно-хвильових параметрів вибухової речовини під час ініціювання в ній детонації вибухом ініціяційного шару заряду світлочутливого вибухового композиту. Обговорено перспективи практичного застосування детонаційних (ударних) хвиль заданого профілю, що утворюються під час лазерного запалення поверхні світлочутливого вибухового композиту. Фізико-хемічний потенціял системи лазерного ініціювання детонації уможливлює формувати будь-які профілі хвиль і одержувати імпульси інтенсивністю від 0,1 до 1,0 кПа$\cdot$с на поверхнях більше 1 м$^{2}$. Прецизійна та безпечна система лазерного ініціювання може бути використана під час будь-яких видів вибухових робіт, у тому числі тих, які принципово не можуть бути реалізовані за застосування стандартних систем ініціювання вибухових речовин і засобів вибуху.

Ключові слова: світлочутливий вибуховий композит, лазер, випромінювання, хемічні реакції, детонація, хвильові фронти, ударні хвилі, надкороткий імпульс.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v45/i11/1349.html

PACS: 42.60.Jf, 47.40.Rs, 62.50.Ef, 81.20.Ka, 82.33.Vx, 82.40.Fp, 89.20.Bb

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. V. V. Danilenko, Solid State Phys., 46, No. 4: 581 (2004) (in Russian). Crossref
  2. E. A. Petrov, Detonation Synthesis of Nanomaterials. Nanodiamonds and Nanotechnologies (Biysk: Altai STU: 2015) (in Russian).
  3. N. Roy. Greiner, D. S. Phillips, J. D. Johnson, and F. Volk, Nature, No. 333: 440 (1988). Crossref
  4. P. S. De Carly and I. L. Jamieson, Science, 133, Iss. 3467: 1821 (1961). Crossref
  5. G. A. Adadurov, A. V. Baluev, O. N. Breusov, V. N. Drobyshev, A. I. Rogacheva, A. M. Sapegin, and V. F. Tatsiy, Bulletin of AS USSR. Inorganic Materials, 4: 649 (1977) (in Russian).
  6. V. V. Sobolev, S. I. Gubenko, D. V. Rudakov., O. L. Kyrychenko, and O. O. Balakin, Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 4: 53 (2020). Crossref
  7. V. V. Sobolev, R. P. Didik, V. Ya. Slobodskoi, Y. I.Merezko, and A. I. Skidanenko, Combustion, Explosion, and Shock Waves, 19, No. 5: 658 (1983). Crossref
  8. V. V. Sobolev, O. S. Kovrov, M. M. Nalisko, N. V. Bilan, and O. A. Tereshkova, Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 4: 47 (2021). Crossref
  9. A. V. Kurdyumov and A. N. Pilyankevich, Phase Transformations in Carbon and Boron Nitride (Kiev: Naukova Dumka: 1979) (in Russian).
  10. V. V. Yakushev, A. N. Zhukov, A. V. Utkin, A. I. Rogacheva, and V. A. Kudakina, Combustion and Eexplosion Physics, 51, No. 5: 104 (2015). Crossref
  11. A. N. Zhukov, S. E. Zakiev, and V. V. Yakushev, High Temperature Thermophysics, 54, No. 1: 51 (2016) (in Russian). Crossref
  12. V. V. Sobolev, R. P. Didyk, V. Ya. Slobodskoy, V. P. Baraban, S. N. Selyukov, A. I. Skidanenko, and A. A. Udoev, Mineralogical Collection of Lvov University, 39, No. 2: 75 (1985) (in Russian).
  13. Z. Wang, Y. Zhao, K. Tait, X. Liao, D. Schiferl, C. Zha, T. Downs, J. Qian, Y. Zhu, and T. Shen, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 101, No. 38: 13699 (2004). Crossref
  14. V. V. Sobolev, V. Ya. Slobodskoi, S. N. Selyukov, and A. A. Udoev, Int. Geol. Rev., 28, No. 6: 680 (1986). Crossref
  15. R. V. Eliseev, Bulletin of the KrNU named after Mikhail Ostrogradsky, 2, Iss. 73: 74 (2021) (in Ukraine).
  16. A. A. Deribas, Physics of Hardening and Explosive Welding (Novosibirsk: Nauka: 1980) (in Russian).
  17. A. V. Krupin, V. Ya. Soloviev, N. I. Sheftel, and A. G. Kobelev, Deformation of Metals by Explosions (Moskva: Metallurgiya, 1975) (in Russian).
  18. E. A. Kozlov, M. A. Lebedev, and B. V. Litvinov, Combustion and ExplosionPhysics, 2: 118 (1993) (in Russian).
  19. L. V. Altshuler, Advances of Physical Sciences, 65, No. 5: 197 (1965) (in Russian).
  20. R. F. Trunin, Properties of Condensed Substances at High Pressures and Temperatures (Sarov: RFNC FNIIEF: 1992) (in Russian).
  21. M. V. Zhernokletov, Methods for Studying the Properties of Materials under Intense Dynamic Loads (Sarov: RFNC VNIIEF: 2005) (in Russian).
  22. V. V. Danilenko, Explosion: Physics, Techniques, Technology (Moscow: Ehnergoatomizdat: 2010) (in Russian).
  23. G. I. Kanel, V. E. Fortov, and S. V. Razorenov, Advances of Physical Sciences, 177, No. 8: 809 (2007) (in Russian).
  24. P. Caldirola and H. Knoepfel, Physics of High Energy Densities (Moskva: Mir: 1974) (Russian translation).
  25. S. G. Andreev, M. M. Boyko, and V. V. Selivanov, Experimental Methods of Explosion and Impact Physics (Moskva: Fizmatlit: 2013) (in Russian).
  26. G. Ben-Dor, O. Igra and T. Elperin, Handbook of Shock Waves. Vol. 2 (San Diego: Academic Press: 2001).
  27. V. E. Mineev, Research on the Theory of Plates and Shells. Kazan: KGU, Nos. 67: 596 (1970) (in Russian).
  28. A. V. Karmishin, E. D. Skurlatov, and V. G. Startsev, Nonstationary Aeroelasticity of Thin-Walled Structures (Moskva: Mashinostroyenie: 1982) (in Russian).
  29. A. V. Chernai, V. V. Sobolev, V. A. Chernai, M. A. Ilyushin, and A. Dlugashek, Combustion and Explosion Physics, 39, No. 3: 105 (2003). Crossref
  30. V. V. Sobolev, A. V. Chernai, and M. A. Ilyushin, Chemical Physics of Combustion and Explosion Processes, 1, No. 1: 80 (Chernogolovka: CHIF RAN: 1996) (in Russian).
  31. A. V. Chernai, V. V. Sobolev, M. A. Ilyushin, V. A. Chernai, and A. D. Sharabura, High Pressure Physics and Technology, 11, No. 3: 94 (2001) (in Russian).
  32. M. A. Ilyushin, I. V. Tselinskii, and A. M. Sudarikov, Development of Components for High-Energy Compositions (St. Petersburg: Leningrad State University named after A. S. Pushkin: 2006) (in Russian).
  33. V. V. Sobolev, A. V. Chernai, and N. M. Studinskii, High-Energy Processing of Materials, 1: 136 (Dnepropetrovsk: SMAU: 1995) (in Russian).
  34. M. A. Ilyushin, I. V. Tselinsky, and I. V. Shugalei, Cent. Eur. J. Energ. Mater., 9, No. 4: 293 (2012).
  35. M. A. Ilyushin, I. V. Tselinskii, I. A. Ugryumov, A. Yu. Zhilin, and A. V. Chernai, Collection of Scientific Papers. NMAU, 18: 8 (2003) (in Russian).
  36. M. A. Ilyushin, I. V. Tselinskii, I. V. Shugalei, and A. V. Chernai, Pulse Processing of Materials (Dnepropetrovsk: NMU: 2005) (in Russian).
  37. M. A. Ilyushin, I. V. Tselinskii, A. A. Kotomin, and Yu. A. Danilov, Energy Saturated Substances of Initiation Means (St. Petersburg: Leningrad State University named after A. S. Pushkin: 2013) (in Russian).
  38. M. A. Ilyushin, A. V. Smirnov, and A. M. Sudarikov, Metal Complexes in High-Energy Compositions (St. Petersburg: Leningrad State University named after A. S. Pushkin: 2010) (in Russian).
  39. A. V. Chernai, V. V. Sobolev, V. A. Chernaj, M. A. Ilyushin, and A. Dlugashek, Combustion, Explosion and Shock Waves, 39, No. 3: 335 (2003). Crossref
  40. A. L. Kirichenko, V. V. Kulivar, and V. V. Sobolev, Bulletin of Donetsk Mining Institute, 2: 141(2017) (in Russian).
  41. V. V. Sobolev and V. V. Kulivar, III International Scientific and Practical Conference ‘Society and Science. Problems and Prospects’ (January 2528, 2022, London, England).
  42. V. V. Sobolev, L. N. Shiman, N. N. Nalisko, and A. L. Kirichenko, Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 6: 53 (2017) (in Russian).
  43. A. V. Chernaj, V. V. Sobolev, M. A. Ilyushin, N. E. Zhitnik, Fizika Goreniya i Vzryva, 30, No. 2: 106 (1994) (in Russian). Crossref
  44. A. V. Chernai, V. V. Sobolev, V. A. Chernai, A. Dlugasek, D. Berezovsky, and M. A. Ilyushin, Collection of Scientific Papers. NMAU, High-Energy Processing of Materials, 8: 214 (Dnepropetrovsk: Sich: 1999) (in Russian).
  45. K. P. Stanyukovich, Unsteady Motions of a Continuous Medium (Moskva: Nauka: 1971) (in Russian).
  46. Ya. B. Zeldovich and Yu. P. Raiser, Physics of Shock Waves and High-Temperature Hydrodynamic Phenomena (Moskva: Nauka: 1966) (in Russian).
  47. A. N. Afanasenkov, Blasting Work, 75/32 (Moskva: Nedra: 1975) (in Russian).
  48. A. N. Dryomin, S. D. Savrov, V. S. Trofimov, and K. K. Shvedov, Detonation Waves in Condensed Media (Moskva: Nauka: 1970) (in Russian).
  49. F. A. Baum, A. P. Orlenko, K. P. Stanyukovich, V. P. Chelyshev, and B. I. Shekhter, Physics of Explosion (Moskva: Nauka: 1975) (in Russian).
  50. A. V. Chernai, V. V. Sobolev, V. A. Chernai, M. A. Ilyushin, and Yu. P. Bunchuk, Physics of Pulse Processing of Materials (Dnipropetrovsk: ART-PRESS: 2003) (in Russian).
  51. F. Bowden and A. Ioffe, Fast Reactions in Solids (Moskva: Foreign Literature: 1962) (in Russian).
  52. L. T. Sedov, Similarity and Dimension Methods in Mechanics (Moskva: Nauka: 1987) (in Russian).
  53. R. Cole, Underwater Explosions (Moskva: Foreign Literature: 1950) (in Russian).
  54. D. Keller and J. Penning, Synthesis Microstructure and Explosive Properties of Spray-Deposited Silver Acetylide-Silver Nitrate Composite Light Initiated High Explosives (Albuquerque, NM, USA: Sandia National Laboratories: 1965).
  55. D. V. Keller and J. R. Penning, Exploding Wires, 2: 263 (1962). Crossref
  56. T. T. Covert and M. A. Chavez, Synthesis Microstructure and Explosive Properties of Spray-Deposited Silver Acetylide-Silver Nitrate Composite Light Initiated High Explosives (Albuquerque, NM, USA: Sandia National Laboratories: 2013).
  57. S. Silverman, Tech. Report, No. 1, Project No. 02-1770 (IR) (San Antonio, Texas: Southwest Research Institute: December 1965).
  58. F. O. Hoese, C. G. Angner, and W. E. Baker, Exp. Mech., 8: 392 (1968). Crossref
  59. D. Wang, J. Li, Yu. Zhang, H. Li, and S. Wang, Materials, 15, No. 12: 4100 (2022). Crossref
  60. N. P. Khokhlov, N. A. Ponkin, I. A. Lukyanenko, A. V. Rudnev, O. M. Lukovkin, Y. V. Sheikov, and S. M. Batyanov, Combust. Explos. Shock Waves, 57, No. 3: 364 (2021). Crossref
  61. T. W. Myers, K. E. Brown, D. E. Chavez, R. J. Schaarff, and J. M. Veauthier, Inorg. Chem., 56, No. 4: 2297 (2017). Crossref
  62. V. Y. Wurzenberger, M. S. Gruhne, M. Lommel, and J. Stierstorfer, Propellants Explos. Pyrotech., 46: 207 (2021). Crossref
  63. A. F. Chumak, A. D. Vlasov, and L. I. Muravina, Combustion and Explosion Physics, 13, No. 4: 650 (1977).
  64. A. V. Chernai and V. V. Sobolev, Fizika i Khimiya Obrabotki Materialov, No. 5: 120 (1995) (in Russian).
  65. A. V. Chernai, V. V. Sobolev, N. M. Studinskii, and I. L. Gumenik, Metallurgical and Mining Idustry, No. 1: 47 (1995) (in Russian).
  66. A. Chernai, V. Sobolev, and N. Nalisko, J. Scientific Israel-Technological Advantages, 18, No. 3: 98 (2016).
  67. M. Nalisko, V. Sobolev, D. Rudakov, and N. Bilan, E3S Web of Conferences 123, 01008 (Ukrainian School of Mining Engineering: 2019). Crossref
  68. L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Continuum Mechanics (Moskva: Gostekhizdat: 1954) (in Russian).
  69. A. V. Chernai, V. V. Sobolev, M. A. Ilyushin, and N. E. Zhitnik, Combustion, Explosion, and Shock Waves, 30, No. 2: 239 (1994). Crossref
  70. A. V. Chernai, V. V. Sobolev, V. A. Chernai, M. I. Ilyushin, and A. Dlugashek, Collection of Scientific Papers. NMAU High-Energy Processing of Materials, No. 8: 221 (Dnepropetrovsk: Sich: 1999) (in Russian).
  71. A. V. Chernai, V. V. Sobolev, M. I. Ilyushin, and V. A. Mazarchenkov, Industrial Explosives and Means of their Initiation (Shostka, Sumy Region: GosNIIKhP), Iss. 1: 56 (1995) (in Russian).
  72. G. Guderley, Zylinderachse, Luftfahrtforschung, 19, No. 9: 302 (1942).
  73. Ya. B. Zeldovich, J. Exp. Theor. Phys., 36, No. 3: 783 (1959) (in Russian).
  74. R. Knystautas and J. H. Lee, Combust. Flame, 1, No. 1: 61 (1971). Crossref
  75. K. Takayama, H. Kleine, and H. Grönig, Exp. Fluids, 5: 315 (1987). Crossref
  76. A. N. Golubyatnikov, S. I. Zonenko, and G. G. Cherny, Applied Mathematics and Mechanics, 71, No. 5: 727 (2007). Crossref
  77. A. A. Makhmudov and S. P. Popov, Fluid and Gas Mechanics, 2: 167 (1980) (in Russian).
  78. E. I. Zababakhin and V. A. Simonenko, Applied Mathematics and Mechanics, 29, No. 2: 334 (1965) (in Russian). Crossref
  79. A. N. Golubyatnikov, S. I. Zonenko, and G. G. Cherny, Adv. Mech., 3, No. 1: 31 (2005) (in Russian).
  80. S. I. Zonenko and G. G. Cherny, Reports of the Academy of Sciences, 390, No. 1: 46 (2003) (in Russian).
  81. V. V. Sobolev, O. V. Skobenko, I. I. Usyk, V. V. Kulivar, and A. V. Kurliak, Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 6: 49 (2021). Crossref
  82. V. V. Sobolev, D. V. Rudakov, A. S. Baskevich, and A. L. Kirichenko, Physical and Mathematical Models in Problems of Laser Lnitiation of Explosives (Kyiv: SP Burya E. D.: 2020) (in Russian).

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© 2000–2023 «Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України»