Т.А. Бутина
,
В.М. Дубровин
2
Использование пористых материалов, например, пенопластов,
пенополистеролов и т. д. объясняется тем, что они обладают высоки-
ми характеристиками поглощения энергии и хорошо подходят в ка-
честве защиты от импульсных воздействий.
Исследованию пористых материалов посвящено большое число
публикаций, однако они оказываются мало информативными при
проведении практических расчетов, поскольку, как правило, в них
отсутствуют необходимые экспериментальные данные по свойствам
материалов, а описываемые подходы к решению рассматриваемого
вопроса чрезмерно общие. В данной работе предлагается модель
поведения пористого материала и методика численного расчета
волновых процессов в конструкциях с защитными слоями из пори-
стых материалов.
Модель поведения материала.
В процессе ударного воздей-
ствия все необратимые изменения, происходящие в материале, долж-
на отражать модель поведения материала. Механизм деформирова-
ния пористого материала можно представить следующим образом.
При импульсном воздействии в материале распространяется ударная
волна, по мере распространения которой пористый материал сжима-
ется. Сначала ломаются перегородки пустых ячеек материала, затем
происходит его уплотнение. При достижении плотности материала
костяка происходит закрытие пустот, затем начинается сжатие мате-
риала костяка, из которого изготовлен пористый материал.
Как показывает эксперимент, на начальной стадии деформиро-
вания требуется сравнительно небольшое давление (порядка десят-
ков килобар), при котором материал полностью уплотняется. Прак-
тически же важный диапазон давления составляет десятки, сотни
килобар, поэтому нельзя считать, что полное уплотнение пористых
материалов происходит при давлении, близком к нулю. Под полным
уплотнением пористого материала подразумевается такое его сжа-
тие, при котором текущая плотность достигает значения, равного
плотности материала костяка. При этом считается, что поры мате-
риала сообщаются между собой, находящийся в порах воздух выхо-
дит наружу при сжатии перегородок. Предполагается, что после до-
стижения полного уплотнения пористого материала начинается
сжатие материала костяка. Исходный пористый материал, сжатый
до сплошного, имеет начальную плотность, равную начальной
плотности материала костяка. На рисунке показана зависимость де-
формации от давления.
Прямая
АВ
соответствует линии нагрузки. Полное уплотнение ис-
ходного материала достигается в точке
В
. Разгрузка пористого матери-
ала до наступления полного уплотнения осуществляется по прямой
DE
. В точке
D
материал достигает определенной степени сжатия
0
ρ / ρ,
V
достигнутой плотности ρ
D
теперь соответствует начальная
