Основные особенности действия взрыва в различных средах

Представим себе сферический заряд ВВ, взрывающийся в воздухе.

Расширяющиеся продукты взрыва будут вытеснять прилегающий к ним воздух, сжимая его и приводя в движение.

Продукты взрыва, расширившиеся до объема, равного 10–12 радиусам заряда, продолжают по инерции расширяться до объема, равного 20 радиусам заряда, в этот момент слой сжатого воздуха отрывается от продуктов взрыва и за счет полученной энергии продолжает двигаться самостоятельно со сверхзвуковой скоростью, представляя собой так называемую воздушную ударную волну (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Характер образования ударной волны при взрыве

Увлеченный и двигающийся за фронтом ударной волны воздух оставляет за собой область разряжения, в которой давление падает ниже атмосферного – вакуумное пространство для объемно-детонирующих составов (ОДС).

По мере удаления от центра взрыва энергия, заключенная в волне, уменьшается, скорость ее падает и приближается к скорости звука. Ударная волна воздушного взрыва, достигнув поверхности земли, отражается от нее.

Отраженная волна двигается со скоростью большей, чем падающая, и на расстоянии R* догоняет падающую и сливается с ней, образуя головную ударную волну, свойственную только воздушным взрывам (рис. 4.10).

К параметрам воздушной ударной волны относятся:

ΔΡф – избыточное давление во фронте;

ΔΡотр – избыточное давление отраженной волны;

τ± – время действия избыточного давления;

Рис. 4.10. Формирование фронта головной волны

I – удельный импульс фазы сжатия, разряжения; α – коэффициент, учитывающий действие взрыва на окружающую среду.

Избыточное давление во фронте определяется по следующей формуле:

(4.46)

причем значения коэффициентов αi определяются по табл. 4.4.

Таблица 4.4

Характеристика коэффициента а

Характер взрыва	α1	α2	α3
Воздушный	0,84	2,7	7
Наземный	1,06	4,3	14

Если ΔΡοτр ≥ ΔΡф, то ударная волна считается сильной. Для слабой волны ΔΡотр ≤ ΔΡф,

(4.47)

Величина весьма существенно зависит от действия ударной волны па преграду, если – период собственных колебаний преграды, то τ значительно увеличивается. Импульс, создаваемый ударной волной:

(4.48)

(4.49)

Кинетическая энергия, полученная конструкцией от ударной волны:

, или (4.50)

Эта энергия расходуется конструкцией на работу изгиба и используется при сопротивлении материалов:

(4.51)

Количество ВВ, необходимое для разрушения различных преград, можно определить по следующей формуле:

(4.52)

где Кп – коэффициент сопротивления конструкции; h – толщина перебиваемой конструкции, м; R – расстояние от центра заряда до конструкции, м.

Кп для деревянных конструкций равен 24, для бетона – 18, для стали – 3200.

Особенности взрыва в разных средах

Особенности образования ударной волны в воде

При взрыве заряда в воде (рис. 4.11) продукты взрыва, расширяясь, вытесняют воду, образуют газовый пузырь, который имеет свойство кавитации, так как жидкость не сжимается и формирует большое количество пузырьков воздуха.

Рис. 4.11. Образование ударной волны в воде

Характер разрушения объектов в воде имеет некоторые отличительные способности, связанные с действием не только Р, но и массы среды (воды), которая тоже обладает воздействием на разрушаемый объект.

Действие взрыва в неограниченной твердой среде. Действие взрыва в такой среде можно представить графически в следующем виде (рис. 4.12).

Рис. 4.12. Действие взрыва в неограниченной твердой среде

Радиус зоны вытеснения Rв определяется из выражения

где т – коэффициент, зависящий от среды и свойств ВВ, или

где К – коэффициент сопротивляемости среды взрыву: для земли К = 0,3; для скальных пород К = 2,1.

Действие взрыва в ограниченной твердой среде. Действие взрыва в такой среде можно представить графически в следующем виде (рис. 4.13).

Вводится величина п – показатель взрыва:

(4.53)

(4.54)

(4.55)

Рис. 4.13. Действие взрыва в ограниченной твердой среде:

r – радиус воронки; h – глубина расположения заряда

При n = 1, т.е. r = h, образуется воронка нормального выброса, при п > 1 получаются воронки усиленного выброса.

Кумулятивный эффект и кумулятивные заряды

Кумулятивным эффектом называется явление, при котором разлет продуктов взрыва концентрируется в желаемом направлении (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Формирование кумулятивной струи

Размер пробиваемой преграды /пр определяется из выражения

(4.56)

где lэф – размер эффективной части струи; r – плотность струи; rпрегр – плотность пробиваемой преграды.

Скорость кумулятивной струи составляет 10 000 м/с, температура струи – 6273 К, давление – 105 МПа.