Г. Т. АФАНАСЬЕВ, В. К. БОБОЛЕВ
ИНИЦИИРОВАНИЕ
ТВЕРДЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
УДАРОМ
УДК 54.427.6(621.8.031.4)
Инициирование твердых взрывчатых веществ ударом. Л ф а-
насьев Г. Т., Боболев В. К- Изд-во «Наука», 1968 г., сгр. 172.
Книга представляет собой введение в количественную гсорию
чувствительности твердых взрывчатых веществ к механическим воз-
действиям. В ней изложены результаты исследований но механизму
возбуждения взрыва в твердых взрывчатых веществах при ударе.
Большая часть этих результатов принадлежит авторам.
Книга рассчитана на исследователей, работающих в области фи-
зики взрыва и теории взрывчатых веществ, на специалистов, связан-
ных с производством и применением взрывчатых веществ, а также
аспирантов и студентов соответствующих специальностей.
Таблиц 14. Иллюстраций 51. Библ. 123 назв.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР
член-корреспондент АН СССР
К. И. ЩЕЛКИН
2-5-4
180-68(11)
ОТ РЕДАКТОРА
Многие вопросы, касающиеся возбуждения и разви-
тия взрыва при механических воздействиях, несмотря на
большое число работ по этой тематике, остаются нераз-
решенными. Соответственно этому не решены вопросы
чувствительности и флегматизации в теории взрывчатых
веществ.
Возбуждение и развитие взрыва при воздействии уда-
ром рассматривались в книгах Ф. Боудена и А. Иоффе,
вышедших более десяти лет назад. При этом центром
внимания были главным образом жидкие ВВ. Обсужде-
ние же вопросов чувствительности, проводившееся в мо-
нографиях и учебниках по физике взрыва и теории ВВ,
хотя и содержит много полезных качественных сведений,
не соответствует современным представлениям.
Предлагаемая читателю книга Г. Т. Афанасьева и
В. К. Боболева, восполняя пробел в специальной литера-
туре, выгодно отличается от предшествующих работ ко-
личественной направленностью исследования. В ней для
твердых ВВ дается обобщение материала, накопленного
по проблеме чувствительности и механизму возбуждения
взрыва при механических воздействиях. Основное содер-
жание книги составляют результаты оригинальных ис-
следований авторов. В итоге этих исследований сущест-
венное развитие получила тепловая теория инициирова-
ния ВВ при механических воздействиях, разрабатывав-
шаяся в исследованиях Ю. Б. Харитона, А. Ф. Беляева,
В. А. Сухих, Н. А. Холево, Ф. Боудена и Л. Г. Болхови-
тинова.
Авторами показано, что условия деформации ВВ в
тонких слоях являются наиболее распространенными
для возбуждения взрыва вторичных ВВ. Найдено дока-
зательство тому, что возбуждение взрыва твердых ВВ в
3
условиях механических воздействии неразрывно связано
с неоднородным разогревом. Предложен новый меха-
низм образования локальных разогрсвов при сдвиге
механизм, который может иметь широкое значение для
механики неизотермических деформаций вообще. Этот
механизм позволил обосновать положение о деформа-
ции заряда в целом как необходимом факторе возбуж-
дения взрыва при механических воздействиях.
Авторами в общем виде сформулирована задача воз-
буждения взрыва твердых ВВ при механических воздей-
ствиях и дано объяснение экспериментальным результа-
там, полученным разными исследователями в разнооб-
разных условиях деформации.
Третья глава книги содержит начала количественной
теории чувствительности твердых ВВ к механическим
воздействиям. В результате анализа процесса развития
взрыва от начального очага предложена классификация
механических воздействий. Разбор ряда общих модель-
ных задач позволил авторам вывести с некоторыми пред-
положениями количественную оценку чувствительности
ВВ при воздействии по открытому объему, рассмотреть
зависимость чувствительности от параметров состояния
ВВ и указать на возможные пути флегматизации.
Совокупность представлений, развитых в моногра-
фии, является первым систематическим подходом к во-
просам, связанным с чувствительностью ВВ. Хотя в ней
речь идет только о твердых ВВ, изложенные принципы
подхода могут оказаться существенными (явиться как бы
программой действий) и при разработке теории чувстви-
тельности других взрывчатых систем (жидкие ВВ, балли-
ститные пороха, смесевые твердые ракетные топлива, пи-
ротехнические смеси). Плодотворными в этом смысле
могут оказаться понятие опорного ряда, принцип «мини-
мальности воздействия» и некоторые другие.
К. И. Щелкан |
ВВЕДЕНИЕ
§ 1. О проблеме чувствительности ВВ
к механическим воздействиям
Из ранней практики обращения с ВВ было известно,
что механическое воздействие, например удар по заря-
ду ВВ, может вызвать взрыв. Способность ВВ взрывать-
ся при механических воздействиях назвали чувствитель-
ностью ВВ к механическим воздействиям.
Определение чувствительности ВВ к механическим
воздействиям не содержит в себе понятия о различии
взрывчатых веществ по чувствительности. На различие
указывает практика производства, обращения и приме-
нения, так как одни ВВ, с точки зрения механических
воздействий, очень опасны в производстве и обращении,
а другие требуют минимальных мер предосторожности.
Если ВВ различаются по чувствительности, то естествен-
но считать, что каждому ВВ отвечает определенная чув-
ствительность. Первоначальный подход к вопросу чув-
ствительности ВВ (Г. Каст, Ф. Ленце) и был связан с
мнением, что каждому взрывчатому веществу присуще
такое свойство, как определенная чувствительность к ме-
ханическим воздействиям.
Вообще говоря, определенная чувствительность кон-
кретного ВВ, представленная количественно, должна
служить мерой опасности этого ВВ по отношению к ме-
ханическим воздействиям, с одной стороны, и мерой без-
отказного инициирования этого ВВ механическим воз-
действием, с другой стороны. Оценив количественно чув-
ствительность разных ВВ, можно было бы построить ряд
чувствительности взрывчатых веществ. При этом возни-
кают два вопроса: как количественно оценить чувстви-
тельность и как эту оценку проверить?
Что касается проверки, то в отношении широко рас-
пространенных ВВ имеются -сведения об их чувствитель-
Пшс. !>Х)7
5
кости, накопленные в течение многих десятилетий практи-
кой производства и применения ВВ. Кроме более чем
очевидного представления о том, что инициирующие ВВ
чувствительнее, чем вторичные, для некоторых ВВ име-
ется уверенность относительно расположения их в ряду
чувствительности. Так, чувствительность возрастает в на-
правлении: тротил, тетрил, гексоген, тэн, тетразен,
ТИРС, азид свинца, гремучая ртуть. Данный ряд должен
служить в качестве опорного, когда требуется проверить
применимость того или иного способа оценки чувстви-
тельности. Поскольку опорный ряд охватывает весьма
узкий круг ВВ то совпадение ряда, получаемого с по-
мощью оценки, и опорного является необходимым, но
еще не достаточным условием правильности какого-либо
метода оценки чувствительности. Иными словами, рас-
хождение получаемого ряда с опорным всегда свидетель-
ствует о неправильности или неполноте оценки, а совпа-
дение рядов имеет доказательность, аналогичную по
силе методу неполной индукции.
В подобной ситуации, когда средства проверки огра-
ничены, теоретическое обоснование оценки приобретает
решающее значение. Однако трудности, с которыми со-
пряжено создание количественной оценки чувствитель-
ности. оказались довольно серьезными и до сих пор их
не удалось преодолеть. Так, во-первых, неясно, какой
физической величиной можно характеризовать чувстви-
тельность ВВ: во всяком случае, это не следует из поня-
тия чувствительности ВВ к механическим воздействиям.
Во-вторых, определенная чувствительность, постулируе-
мая как свойство ВВ, должна выражаться через другие
свойства ВВ и, по-витимому, должна зависеть от неко-
торых параметров состояния, например температуры.
Связь чувствительности с определяющими ее свойства-
ми В В, "будучи найдена, могла бы явиться основой для
разработки теории флегматизации, теории связи чув-
ствительности с химическим строением и т. п. Следует
считать очевидным, что чувствительность тем выше, чем
меньше прочность химической связи. Однако прочность
химической связи, по всей вероятности, не является
единственно определяющей чувствительность, так как
ряд ВВ по энергиям активации не совпадает с опорным.
Такая же судьба, как сообщается в книге [I], постигла
попытки поставить чувствительность ВВ в соответствие с
6
теплотой образования или теплотой разложения ВВ.
Можно полагать, что и механические свойства ВВ игра-
ют какую-то роль, поскольку речь идет о механическом
воздействии. Вообще же говоря, неполностью известно,
с какими свойствами связано различие взрывчатых со-
единений по чувствительности, и тем более неясна форма
искомой связи.
Само собой разумеется, что при знании количествен-
ного критерия чувствительности и выражения его через
свойства ВВ, определяющие чувствительность, метод
определения чувствительности сводился бы к наиболее
простому (с точки зрения экспериментального оформле-
ния) способу измерения физической величины, характе-
ризующей чувствительность, либо к вычислению ее из
данных по свойствам ВВ и параметрам состояния.
Может быть по причине указанных выше трудностей
в истории подхода к проблеме оценки чувствительности
получило широкое распространение как бы «обратное»
направление, а именно: были предприняты многочислен-
ные попытки найти экспериментальный метод сопостав-
ления ВВ по чувствительности, который бы удовлетворял
практику. Такой лабораторный метод должен был поз-
волять легко находить место любого ВВ в ряду чувстви-
тельности (тем самым опорный ряд мог бы быть как
угодно расширен) и исследовать влияние различных
факторов на чувствительность (тем самым можно было
бы обнаружить связь чувствительности с определяющи-
ми ее свойствами ВВ и параметрами состояния). Подоб-
ные результаты открывали бы перспективы для нахож-
дения количественной меры чувствительности.
Для сравнения ВВ по чувствительности были созда-
ны различные аппараты, как правило, ударного типа
(копры). Многочисленные методы копровых испытаний
отличаются главным образом условиями соударения
(геометрия и размеры взаимодействующих элементов,
способ приложения нагрузки и пр.). Некоторые типы
испытательных устройств приведены на рис. 1. Оказа-
лось, что разные методы приводят к различным рядам
чувствительности. Более того, несмотря на обилие пред-
лагавшихся методов, ни один из рядов, получаемых на
них, не совпадает с опорным. Таким образом, ни один
из предлагавшихся методов, вообще говоря, не удовле-
гворяет целям сопоставления ВВ по чувствительности.
7
a
б
Рис. 1. Некоторые схемы испытаний ВВ на
чувствител ьность:
а — № 1 (Каст); б — № 2 (Холево); в — № 3
(Холево); г—ГОСТ (вторичные); д — Боу-
ден — Козлов; е — Велер (инициирующие)
Поскольку речь шла о создании такого метода, который
при постоянстве геометрии и размеров был бы единым
для сопоставления чувствительности разных ВВ, то ре-
зультат поисков такого метода может быть выражен
следующим образом: либо такой метод не смогли найти
(скажем, по причине того, что он более сложен, чем
предлагавшиеся), либо его вообще не может быть. По-
следняя возможность не лишена оснований. Действи-
тельно, представление о большей или меньшей чувстви-
тельности ВВ, входящих в опорный ряд, сложилось в ре-
зультате огромного практического опыта, при котором
то или иное ВВ подвергалось самым разнообразным ме-
ханическим воздействиям. Поэтому может оказаться,
что и метод сопоставления ВВ по чувствительности дол-
жен включать сумму разных испытаний. Такие методы
получили название комплексных.
Необходимо заметить, что при незнании количествен-
ного критерия чувствительности и при столь сложной
картине поведения ВВ в разных условиях задача обосно-
вания метода оказывается в тяжелом, если не безнадеж-
ном положении, будь то один испытательный прибор или
комплекс разных приборов. Поэтому неудивительно, что
вопросы, стоящие перед комплексным методом (каким
наименьшим количеством приборов ограничить ком-
плекс, какие приборы включить в комплекс, как судить о
8
чувствительности ВВ, если испытания на разных прибо-
рах дают различные результаты и т. д.), остались факти-
чески без ответа.
Обратим внимание на те аспекты проблемы чувстви-
тельности ВВ к механическим воздействиям, которые
возникли вследствие результатов опытов, проведенных в
разных устройствах.
Ввиду сильной зависимости получаемых результатов
от вида испытательного устройства широкое распростра-
нение получило мнение об избирательной чувствитель-
ности ВВ к разным видам механического воздействия.
Испытания в устройствах типа а, б и г (см. рис. 1) стали
называть испытаниями па чувствительность к удару (в
подобных устройствах многие вторичные В В выглядят
«чувствительнее», чем такие инициирующие, как азид
свинца и гремучая ртуть), испытания в устройствах
типа д — к трению (инициирующие выглядят чувстви-
тельнее вторичных, однако ряд инициирующих пе совпа-
дает с опорным рядом) и типа е — к наколу (при малых
энергиях удара взрываются инициирующие, совпадения
с опорным рядом нет, вторичные испытывают разложе-
ние под бойком при больших энергиях удара).
«Накол» может рассматриваться как один из случаев
испытаний на удар при малой площади ударника. Испы-
тание же на трение в некоторых работах называют ис-
пытанием на быстрый сдвиг. Это говорит о том, что при-
нятые названия (удар, трение, накол), имеющие весьма
давнее происхождение, в известной степени условны.
По-видимому, столь же условна и спорна попытка под-
разделить чувствительность ВВ к механическим воздей-
ствиям на разные виды чувствительности. Например, по-
пытка выделить чувствительность ВВ к удару приводит
к тем же трудностям, что и раньше: зависимость резуль-
татов испытаний от условии воздействия, вопросы оцен-
ки чувствительности ВВ к удару, вопросы комплексного
метода испытаний. Разделение чувствительности ВВ к
механическим воздействиям было бы, по-видимому, це-
лесообразным, если бы в основе его лежало различие в
механизме возбуждения взрыва, т. е. причина, подобная
той, по которой от чувствительности ВВ к механическим
воздействиям отличают чувствительность ВВ к тепловым
воздействиям и чувствительность ВВ к ударной волне.
В работах Холево [2ч 3], па которых во многом осиовы-
9
ваются современные взгляды, различие результатов ис-
пытаний в разных устройствах объясняется как проявле-
ние одного и того же механизма в разных условиях де-
формации и дается критика предположения об «избира-
тельной» чувствительности ВВ «к удару» и «к трению».
Исследования, в которых вопросы влияния условий
механического воздействия на результаты испытаний
стояли в центре внимания, привели к весьма существен-
ным выводам. В первую очередь здесь имеются в виду
работы Холево [2, 3], вслед за ними работы Андреева
[4—6] в СССР, работа Кистяковского и Коннора [7] в
США и работа Кенена, Иде и Хаупта [8] в ФРГ.
Вот один из этих выводов: «...оценка чувствительно-
сти ВВ безотносительно к условиям воздействия лише-
на практического смысла» (Андреев и Теребилина [6]).
Таким образом, для оценки опасности конкретных произ-
водственных операций или оценки безотказности иниции-
рования наиболее удовлетворительным, с точки зрения
строгости, было бы производить натурные испытания
или как-то моделировать реальные условия. Не вдаваясь
в задачу натурных испытаний, заметим только, что ис-
пытание на накол было задумано как имитация удара
бойка по капсюлю. Что же касается задачи моделирова-
ния, то она, видимо, пе может быть решена без количест-
венного описания механизма возбуждения взрыва.
А как же быть с таким свойством ВВ, как опреде-
ленная чувствительность к механическим воздействиям?
Интересно привести по этому поводу вывод Кистяков-
ского и Коннора, к которому они пришли в итоге попы-
ток экспериментально определить чувствительность:
«В результате исследований, однако, было установле-
но,— и это является открытием значительной практиче-
ской важности — что нельзя найти такой характеристи-
ки, как определенная механическая чувствительность
взрывчатого вещества. Действительно, изменяя условия
испытания, можно изменить даже порядок механических
чувствительностей ВВ». Андреев указывал [5], что этот
вывод по существу аналогичен тем, к которым пришел
Холево.
Сильная зависимость результатов испытаний от усло-
вий воздействия явилась тем обстоятельством, из-за ко-
торого проблема чувствительности ВВ к механическим
воздействиям оказалась в двойственном положении
10
С одной стороны, сведения, накопленные практикой, сви-
детельствуют о различии В В по чувствительности и при-
водят к представлению об определенной чувствитель-
ности как свойстве взрывчатого вещества. Поскольку не-
ясно, какой физической величиной можно характеризо-
вать чувствительность, то это представление имеет в
известной степени интуитивный смысл. С другой сторо-
ны, многочисленные эксперименты, поставленные при
самых различных условиях механических воздействий,
пе только пе удовлетворяют опорному ряду (пи в одном
из случаев), по и вообще не выявляют единого ряда
чувствительности (ряды в разных условиях получаются
разные;. Отсюда следует, что нельзя говорить о чувстви-
тельности ВВ вне зависимости от условий воздействия,
или, иными словами, такого свойства ВВ, как определен-
ная механическая чувствительность, не существует.
Данное противоречие касается принципиальной сто-
роны проблемы и является главной особенностью ее
современного состояния. Для того чтобы разрешить это
противоречие и затем либо для оценки определенной
чувствительности и выяснения причин различия ВВ по
чувствительности, либо для оценки чувствительности в
тех или иных условиях, очевидно, необходимо изучение
природы чувствительности ВВ, т. е. механизма возбуж-
дения и развития взрыва в условиях механических воз-
действий. Перед тем как перейти к обсуждению совре-
менного состояния исследований по механизму, заметим,
что проведенный анализ проблемы чувствительности ВВ
к механическим воздействиям в известной степени фор-
мален, так как он основывается на представлении об
опорном ряде и не затрагивает сведений о механизме
процесса. На важность подобного анализа, способствую-
щего уяснению того, что же в конце концов потребуется
от исследования явления, было указано одному из авто-
ров проф. К. К. Андреевым.
§ 2. О механизме возбуждения взрыва ударом
Первые факты, которые для своего объяснения по-
требовали изучения механизма возбуждения взрыва ме-
ханическим воздействием, а также важные качественные
сведения по самому механизму были получены при раз-
работке методов испытания ВВ на чувствительность.
11
Выше уже говорилось о различии методов и о том, что в
большинстве из них используется воздействие ударом.
При этом определяется энергия падающего груза (энер-
гия удара), вызывающая взрыв заряда ВВ.
В результате экспериментов, проведенных разными
исследователями, были получены следующие факты:
1.	При одной и той же энергии удара взрыв возбуж-
дается не в каждом опыте, а существует вероятность
инициирования взрыва, поэтому в дальнейшем опреде-
ляли зависимость этой вероятности (частости взрывов)
от энергии удара (копер Каста, копер Вёлера), давле-
ния прижатия (копер Боудена — Козлова) и других
факторов.
2.	В большинстве случаев энергия удара, которая вы-
зывает взрыв, недостаточна для нагрева всего заряда до
температур вспышки.
3.	Отсутствует параллелизм между расположением
ВВ по чувствительности к удару на копре со стандарт-
ными температурами вспышки.
4.	Расположение ВВ в ряду чувствительности различ-
ное для разных приборов.
Были выдвинуты две основные точки зрения на ме-
ханизм процесса возбуждения взрыва при ударе: не-
тепловая и тепловая. Нетепловая (отталкивающаяся в
основном от второго и третьего из перечисленных фак-
тов) допускает, что химическое превращение при ударе
начинается вследствие деформации молекул (Г. Каст,
Г. Брунсвиг, П. Юстров, Д. Эггерт, В. Тейлор и А. Уиль,
А. Убеллоде и др.). Имеются две разновидности такого
подхода: гипотеза критических напряжений (предпола-
гается, что возбуждение взрыва происходит при дости-
жении критических напряжений всестороннего сжатия,
приводящих молекулы ВВ в неустойчивое состояние) и
трибохимическая гипотеза (предполагается, что причи-
ной взрыва является непосредственное разрушение хи-
мической связи в молекулах ВВ за счет сдвиговых напря-
жений) .
Изучение действия высоких давлений на термический
распад ряда ВВ показало, что даже такое высокое дав-
ление, как 45 кбар, в общем слабо влияет на скорость
распада [9—И]. Кроме того, Бриджмен [12], проводя
прямые опыты по статическому нагружению ВВ до
100 кбар, не получил взрыва испытанных им ВВ, тогда
12
как эти ВВ могут быть взорваны при ударе, где давле-
ния значительно ниже. В отношении трибохимической
гипотезы следует заметить, что при деформации, напри-
мер органических ВВ (молекулярные кристаллы), не-
возможно осуществить непосредственное разрушение
молекул, так как энергия внутримолекулярных связей
намного выше, чем межмолекулярных. Уже эти доводы
указывают на физическую несостоятельность нетепловых
гипотез.
Согласно тепловой теории, механическое воздействие,
например удар по заряду ВВ, вызывает разогрев ВВ,
который и приводит к быстрой химической реакции.
Тепловая теория, берущая свое начало от Бертло, раз-
вита в работах Ю. Б. Харитона, А. Ф. Беляева, Ф. Боу-
дена, Н. А. Холево, В. А. Сухих и Л. Г. Болховитинова.
Как же объясняет перечисленные факты тепловая тео-
рия?
Поскольку энергия удара, которая вызывает взрыв в
большинстве случаев, недостаточна для разогрева заря-
да хотя бы до стандартных температур вспышки, то
ясно, что адиабатическое сжатие собственно ВВ не при-
водит к возбуждению взрыва (малость подъема темпе-
ратуры за счет адиабатического сжатия до характерных
для удара давлений подтверждается приближенными
оценками 113]). Отсюда возникло предположение о ло-
кальности разогрева в заряде при ударе. Впервые оно
было высказано в работе Харитона [13]. Принципиаль-
ная возможность локального инициирования была дока-
зана в опытах Беляева [14] с проволочками микронного
масштаба, по которым пропускался разряд тока. Како-
вы же пределы локальности?
По утверждению Гарнера [15] и Мюраура [16], для
того чтобы вызвать самораспространяющееся взрывча-
тое превращение, достаточно «одновременного» (в тече-
ние КН3 сек.) распада двух — трех соседних молекул
(для азида свинца, например, двух соседних групп N6).
Облучая разные ВВ (в том числе и азид свинца) бы-
стрыми частицами, Боуден и Сингх [11] показали, что
возбуждение самораспространяющегося процесса может
носить только макроскопический характер. (Заметим
кстати, что Боуден подверг критике трибохимическую ги-
потезу, как не удовлетворяющую требованию макроско-
пичности процесса [18].)
13
Остановимся на причинах локальности разогрева.
Сначала обратимся к жидким ВВ. Известно, что взрыв
заряда легко возбуждается, если во взрывчатом вещест-
ве присутствуют газовые включения. Это явление широ-
ко обследовано Боуденом с сотр. [19]. Считается, что в
этом случае за взрыв ответствен разогрев при адиаба-
тическом сжатии газовых включений. По мнению Боу-
дена, «работать» могут даже мельчайшие (невидимые
глазом) газовые включения. Однако простое сопоставле-
ние времени тепловой релаксации газового пузыря и ха-
рактерного времени удара показывает, что сжатие газо-
вых включений размером менее 0,1 мм должно быть
практически изотермическим [20]. В отсутствие газовых
включений возбудить взрыв жидких ВВ гораздо труд-
нее: требуются довольно большие энергии удара. Обыч-
но считают, что в этом случае взрыв возбуждается за
счет вязкостного разогрева. В работе Болховитинова [20]
был предложен механизм разогрева, согласно которому
к возбуждению взрыва может приводить выделение теп-
ла при кристаллизации переохлажденной жидкости под
высоким давлением. Если, однако, ориентироваться на
известные из литературы теплоты плавления (кристал-
лизации), то соответствующий им разогрев составляет
примерно 60 С, и вряд ли можно ожидать, что теплота
плавления под давлением возрастает на порядок. Во
многих случаях очень важным для объяснения взрыва
жидких ВВ может оказаться кавитационный механизм
инициирования: к взрыву приводит схлопывание кави-
тационных полостей, образовавшихся под действием
растягивающих напряжений [21]. В работе [22] отмечает-
ся существенная роль для процесса инициирования
микроструй жидкости, которые могут появляться при
схлопывании кавитационных полостей и быстром сжа-
тии газовых включений.
Перейдем к твердым ВВ (в дальнейшем, если не ого-
ворено особо, будут рассматриваться только твердые
ВВ) и обсудим причины образования в них локальных
разогревов. Если в заряде имеются газовые включения,
то их адиабатическое сжатие может приводить к высо-
кой температуре. В качестве другой причины Харитон
[13] указал на неоднородность неупругой деформации.
При этом он обратил особое внимание на неоднород-
ность деформации в силу неоднородности исходной
14
системы (трение частиц между собой, пластическая де-
формация отдельных частиц, их разрушение). К такому
же заключению пришли Кистяковский и Коннор [7].
Кроме того, причиной локальности разогрева может слу-
жить неоднородность неупругой деформации заряда как
целого.
Из этих трех мыслимых причин локальных разогре-
вов выбрать действительную причину позволяют опыты
Холево [2, 3] в приборах № 1, 2 и 3 (см. рис. 1).
В приборе № 2 заряд ВВ может деформироваться в сво-
бодное окружающее пространство, поэтому его еще на-
зывают прибором со свободным истечением вещества.
В приборе № 1 ВВ может выдавливаться в зазор между
роликами и муфтой. В приборе № 3 выдавливание в за-
зор исключается кольцом из мягкого металла, он пред-
ставляет собой прибор № 1 с нулевым зазором. Опыты,
проводившиеся в основном с штатными ВВ в насыпном
дисперсном состоянии, показали следующее:
а)	испытанные ВВ нс взрываются в приборе № 3 и
приборе № 1, если зазор достаточно мал, даже при боль-
ших энергиях удара;
б)	взрываются в приборе № 2 и приборе № 1, если
зазор не слишком мал; причем при одной и той же энер-
гии удара одни ВВ в условиях свободного истечения
(прибор № 2) дают большую частость взрывов, чем
в условиях затрудненного истечения (прибор № 1),
а другие наоборот.
Из этих простых и легко воспроизводимых экспери-
ментов вытекают следующие важнейшие выводы:
1)	сжатие газовых включений при ударе не приводит
к возбуждению взрыва;
2)	неоднородные неупругие процессы, связанные
с деформацией и разрушением отдельных зерен, а также
трением их друг о друга, не приводят к возбуждению
взрыва;
3)	неупругая деформация (течение, по Холево) заря-
да ВВ в целом служит необходимым фактором возбуж-
дения взрыва;
4)	высокие напряжения, создаваемые в заряде при
ударе, сами по себе (в отсутствие течения) не приводят
к возбуждению взрыва;
5)	па возбуждение взрыва существенно влияют усло-
вия деформации.
15
Три последних вывода подробно обсуждаются в рабо-
тах Холево и используются, в частности, для критики
гипотезы критических напряжений, для объяснения
явления перестановок ВВ в рядах «чувствительности»,
полученных в разных условиях воздействий и т. д.
Локальные разогревы, согласно Холево, образуются при
быстрой неупругой деформации, режим которой зависит
от условий деформации, физико-механических свойств
ВВ и скорости деформации.
Что касается вероятностного характера испытаний, то
до сих пор не предложено ни одного вероятностного
механизма возбуждения взрыва, и ввиду сильной зависи-
мости результатов испытаний от условий воздействия
можно считать, что он вызывается неоднообразием усло-
вий опыта. Действительно, при более тщательной фикса-
ции условий опыта кривая частости сужается.
В дополнение к сказанному укажем на квазистатиче-
ский характер процесса при ударе, отмеченный еще
Харитоном [13]. Статичность процесса, в частности,
отличает чувствительность ВВ к механическим воздей-
ствиям от чувствительности ВВ к ударной волне.
Таким образом, явление возбуждения взрыва при
механических воздействиях в общих чертах качественно
разобрано (тепловая природа, макроскопичность, статич-
ность, быстрая химическая реакция возбуждается за счет
разогрева при неупругои деформации заряда в целом).
Ясно, что данное явление следует рассматривать с по-
мощью методов механики неупругой сплошной среды и
теории теплопроводности, т. е. требуется совместно ис-
следовать уравнения деформации и уравнение тепло-
проводности с источниками тепла (механическими и хи-
мическими) .
Ввиду очевидных сложностей, возникающих при этом
(даже для простейшей модели среды и простейших усло-
вий деформации), задачу обычно разбивают на два
этапа, пользуясь тем обстоятельством, что скорость хи-
мической реакции экспоненциально зависит от темпера-
туры и заметно сказывается лишь при высоких темпера-
турах. На первом из них происходит разогрев ВВ до
критических температур при деформации за счет дис-
сипации энергии внешнего воздействия, а на втором —
тепловое самовоспламенение в зоне разогрева; критиче-
ская температура служит границей между первым, чисто
16
механическим этапом и вторым, взрывным этапом,
связанным только с ускорением химической реакции.
Критическая температура для разных ВВ и зависи-
мость ее от различных факторов находится методами
теории теплового взрыва (эти вопросы будут разбираться
в I гл., § 1 и 4). Здесь отметим только, что после работ
Риделя и Робертсона [23] и Боудена [19] считают, что
критические температуры и размеры локальных разогре-
вов (очагов) для наиболее распространенных ВВ соот-
ветственно составляют 400—600° С и 1СН—10-5 см.
Из-за малости размеров локальных разогревов по срав-
нению с размерами испытывавшихся зарядов их часто
называют «горячими точками».
Перейдем к первому этапу. Теоретический анализ
процесса механического разогрева в определенных усло-
виях деформации сводится к решению нестационарных
неизотермических уравнений деформации. Теория неизо-
термических деформаций находится в настоящее время
па начальной стадии развития и пока еще далека ог
конкретных приложений [24—26]. Поэтому для исследо-
вания процесса механического разогрева особую важ-
ность приобретает экспериментальный путь.
Сухих и Харитон [27], проводя опыты с большими
зарядами литого тротила при ударе, обнаружили, что ВВ
плавится на плоскостях скольжения, по которым дей-
ствуют максимальные касательные напряжения и про-
исходят интенсивная пластическая деформация и разру-
шение. Они пришли к выводу, что плавление является
мощным регулятором процесса разогрева, ограничи-
вающим рост температуры. Ранее при изучении трения
металлов Боуденом с сотр. [28] было показано, что мак-
симальная температура при трении ограничена темпера-
турой плавления наиболее легкоплавкого металла фрик-
ционной пары. Возникновение разогревов на плоскостях
скольжения в опытах Сухих и Харитона еще раз свиде-
тельствует о том, что определяющей при возбуждении
взрыва является деформация заряда в целом, несмот-
ря на малость критических размеров «горячих точек».
Положение о плавлении как границе разогрева также
было высказано Боуденом [19] и подтверждено в опытах
с добавками. При этом наименьшие температуры плав-
ления добавок, дающих сильный сенсибилизирующий
эффект, были истолкованы как критические температуры
17
очагов разогрева. Несколько отличаясь для разных ВВ,
они лежат в интервале 400—600° С. Эти опыты дают пред-
ставление о механизме сенсибилизирующего действия до-
бавок, имеющих высокую температуру плавления. Воз-
буждение взрыва в этом случае, по Боудену, связано с
разогревом инертных частиц при трении их друг с дру-
гом или с твердыми поверхностями соударяющихся тел.
Если ВВ имеет температуру плавления, близкую к
критической температуре (или выше), то, согласно Боу-
дену, эффективные очаги разогрева могут возникать при
трении частиц ВВ. Иллюстрацией этому послужил ряд
инициирующих ВВ, которые вспыхивают при нагревании
до наступления плавления. Испытывая ВВ по схеме типа
д (см. рис. 1), Боуден показал, что возбуждение взрыва
инициирующих ВВ происходит при небольших давлениях
прижатия, в то время как вызвать взрыв вторичных ВВ
в этих условиях ему не удалось.
У большинства вторичных ВВ температура плавления
лежит много ниже их стандартных температур вспышки.
Это вызвало затруднение в объяснении их разогрева до
критических температур и обратило внимание на другие
механизмы, не связанные с положением о плавлении как
границе разогрева или опровергающие данное положе-
ние. Боуден, которому были неизвестны работы Холево,
пришел к выводу, что возбуждение взрыва вторичных ВВ
при ударе происходит за счет адиабатического сжатия
газовых включений [19]. В качестве одного из доводов в
пользу своей точки зрения он указал, что вторичные ВВ
в отличие от воздействия ударом не взрываются при бы-
стром сдвиге (рис. 1, д) даже при значительных давлени-
ях прижатия, т. е. тогда, когда газовые включения, если
и сохранились, то уже предварительно сжаты.
Холево предложил следующее объяснение процессу
разогрева при ударе: в начальной стадии удара из-за
деформации отдельных частиц и трения их друг о друга
происходит подплавление границ зерен ВВ, образуется
двухфазная система, деформация которой в целом при-
водит к высокотемпературным разогревам в жидких про-
слойках; образующаяся система при этом уподоблялась
вязко-пластическому телу. Для характеристики ее меха-
нических свойств применялось понятие текучести, однако
в ряде случаев из соображений простоты качественные
выводы иллюстрировались моделью вязкой жидкости
18
При таком подходе одним из параметров, определяющих
температуру разогрева, является скорость деформации,
роль давления сводится к тому, чтобы в конкретных
условиях воздействия и при определенной текучести си-
стемы обеспечить достаточные скорости деформации.
В. С. Козловым положение о плавлении как границе
разогрева отрицается на том основании, что температу-
ра плавления существенно возрастает с ростом давления.
Поэтому при достаточном высоком давлении можно по-
лучить эффективные разогревы при иеупругой деформа-
ции в твердой фазе. Действительно, проводя опыты по
схеме типа д (см. рис. 1) и намного увеличив давления
прижатия по сравнению с теми, которые задавались в
опытах Боудена, Козлов получил взрывы всех испытан-
ных им ВВ [36]. В качестве процесса иеупругой деформа
ции, ответственного за разогрев, Козлов указал па внеш-
нее (сухое) трение между зарядом ВВ и твердыми
поверхностями, ограничивающими заряд, считая, что тре-
ние между частицами ВВ в сжатом заряде малоэффек-
тивно. Для такого процесса скорость сдвига весьма су-
щественна, так как зависящая от нее скорость тепловы-
деления в плоскости трения конкурирует со скоростью
теплоотвода.
Надо сказать, что изложенные подходы содейство-
вали не только многостороннему обсуждению возмож-
ного влияния тех или иных факторов на разогрев, но и
получению обширного и разнообразного эксперименталь-
ного материала. Положение о плавлении в течение дол-
гого времени оставалось в стороне от разбираемых во-
просов, пока, наконец, оно не получило обобщения с
учетом роли давления в работах Болховитинова [29—31].
Согласно этому обобщению, температура плавления
остается границей разогрева, но эта граница зависит от
давления. Таким образом, образование эффективного
разогрева при неупругой деформации возможно лишь в
объеме, подвергнутом всестороннему сжатию; при этом
величина необходимого давления определяется тем, что
температура плавления должна быть по крайней мере
равной критической температуре горячей точки.
Следует заметить, что необходимость приложения вы-
соких давлений для возбуждения взрыва в упомянутых
опытах Козлова, опровергающая положение о нормаль-
ной температуре плавления как границе разогрева, те-
19
перь может быть сама объяснена обобщенным положе-
нием о плавлении. Используя в качестве зависимости
температуры плавления от давления уравнение Клай-
перона — Клаузиуса, Болховитинов [31] впервые пред-
принял попытку математически сформулировать крити-
ческие условия образования эффективного локального
разогрева; при этом использовалась модель идеально-
пластического тела и были сделаны упрощающие пред-
положения относительно характера теплоотвода, посто-
янства мощности пластической деформации и критиче-
ских условий самовоспламенения в очаге. Влияние
скорости воздействия на возбуждение взрыва существен-
но и учитывается условием критической мощности пла-
стической деформации.
С целью приближенного подтверждения положения
о плавлении с учетом давления Болховитиновым приме-
нялась линейная связь температуры плавления Тпл с дав-
лением:
7пл (Р) - Тпл +Л	(П
где а = 0,02 град/атм (такая величина а получена усред-
нением результатов Бриджмена [32], изучавшего измене-
ние температуры плавления с давлением для многих
органических веществ).
Согласно обобщенному положению о плавлении как
границе механического разогрева твердых ВВ и зависи-
мости (1), давление, необходимое для возбуждения
взрыва, должно быть пропорциональным разности меж-
ду критической температурой и температурой плавления
в нормальных условиях. Уподобляя для простоты вели-
чину критической температуры температуре вспышки
при 5-секупдной задержке ТВСп и сопоставляя величину
разности (Твсп — Гпл) с развивающимися при ударе дав-
лениями, Болховитинов [30] на основе результатов Лейт-
мана [33] получил ожидаемый параллелизм. Не приводя
пока критических замечаний к работе [30], заметим, чго
уже такая величина, как давление, необходимое для воз-
буждения взрыва по обобщенному положению о плавле-
нии, оказывается может иметь параллелизм (по-видимо-
му, в грубом приближении) с разностью температур
вспышки и плавления, но никак не с самой температурой
вспышки. (Попытки непосредственно сопоставить чувст-
вительность ВВ к удару с их тепловой чувствительностью,
20
например с температурами зажигания, встречаются
вплоть до настоящего времени [34, 35].)
Таким образом, тепловая теория инициирования ВВ
при механических воздействиях смогла объяснить полу-
ченные факты, и она, несмотря на различие точек зрения
разных исследователей по отдельным вопросам, может
считаться общепризнанной в современной литературе.
(Исключение, пожалуй, может относиться только к сверх-
чувствительным ВВ, вроде йодистого азота, природа чув-
ствительности которых остается неясной [1, 19, 36]).
Следует все же заметить, что многие основные поло-
жения, на которые в настоящее время опирается объяс-
нение возбуждения взрыва при механических воздейст-
виях, приняты по результатам эксперимента и не имеют
или имеют недостаточное физическое обоснование. Это
относится даже к такому положению, как локальность
возбуждения взрыва: неясно, в частности, насколько обя-
зательна локальность и может ли вообще осуществляться
случай нелокального (однородного) разогрева при меха-
ническом воздействии. Неизвестно, почему недейственен
механизм сжатия газовых включений для твердых ВВ.
Что касается механизма разогрева ВВ при иеупругой
деформации, то, несмотря па большое количество работ,
посвященных возбуждению взрыва в различных усло-
виях деформации, механический режим деформации
даже в каких-либо частных условиях остался не изучен,
и подавляющую часть экспериментального материала
составляют результаты в виде частостей взрыва и зави-
симостей ее от тех или иных факторов. Имеющиеся
в литературе соображения о механизме разогрева, моде-
ли среды, отвечающей твердым ВВ, и режиме деформа-
ции во многом исходят из следствия процесса (частости
взрыва) и носят предположительный характер. Единого
подхода к этим вопросам нет. Достаточно перечислить
модели сред, предлагавшиеся или применявшиеся для
твердых ВВ в разных работах: ньютоновская жидкость
|2, 37, 38], вязко-пластическое тело [2], идеально-пласти-
ческое тело [31, 39], тела, состоящие из упругих и вязких
элементов, и др.
Отсутствие конкретных сведений о процессе дефор-
мации затрудняет даже сравнительное обсуждение пред-
лагавшихся в литературе механизмов разогрева. Поэто-
м\ во введении указаны лишь наиболее известные из них
Щ‘з критического анализа.
21
В настоящей работе рассматривается механизм воз-
буждения взрыва твердых ВВ при механических воздей-
ствиях на примере главным образом воздействия ударом
и предпринимается попытка количественного подхода
к задачам чувствительности для твердых ВВ. Положение
о плавлении как границе разогрева с учетом роли давле-
ния, как мы видели выше, открывает возможности для
количественного описания процесса, поэтому оно пе толь-
ко положено в основу настоящей работы, но и система-
тически проверяется в ней.
В первой главе на основе результатов эксперимен-
тальных измерений находятся критические условия воз-
буждения взрыва (критические условия деформации)
в приборе № 2.
Во второй главе проводится обсуждение характера
деформации модельных пластических тел, в итоге кото-
рого выявляется новый механизм разогрева для твердых
ВВ, хорошо согласующийся с экспериментальными ре-
зультатами. Затем на основе предложенного механизма
формулируется задача возбуждения взрыва твердых ВВ
при механических воздействиях.
В третьей главе разбираются вопросы, поставленные
в § 1 введения и рассматривается для твердых ВВ воз-
можность количественного подхода к ним, в связи с чем
предлагается классификация механических воздействий.
Далее для одного из классов воздействий выводятся с
некоторыми предположениями количественные оценки
чувствительности.
В заключении кратко обсуждаются направления
перспективных исследований по чувствительности В В
к механическим воздействиям.
ГЛ ABA I
КРИТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
ВОЗБУЖДЕНИЯ ВЗРЫВА ПРИ УДАРЕ
§ 1. Очаговый тепловой взрыв
Для оценки критических температур разогрева необ-
ходимо рассмотреть вопрос о тепловом взрыве в усло-
виях механических воздействий.
Решение задачи о тепловом воспламенении заключа-
ется в нахождении условий, при которых нарушается рав-
новесие между теплоотводом из зоны химической реак-
ции и теплопрпходом и последний начинает превышать
теплоотвод, а также в установлении временных характе-
ристик процесса [40—43].
Классической в теории теплового взрыва является
задача о скорости химической реакции горючей смеси,
если ее поместить в сосуд определенной формы и раз-
мера с заданной на стенках температурой. В отличие
от классической задачи в нашем случае внутри заряда
ВВ (основной массы ВВ) имеется локальный разогрей
(горячий очаг) с неизвестным распределением темпера-
туры.
При описании процесса самовоспламенения «горячей
точки» обычно исходят из следующей схемы [23, 31г
44—50]. Пусть в бесконечно большой массе взрывчатого
вещества в какой-то момент времени возник сфериче-
ский очаг радиуса г, температура которого 7\ Требует-
ся найти критическое соотношение между г, 7Т, темпера-
турой окружающей очаг основной массы ВВ То, термо-
химическими и кинетическими константами, при кото’
ром произойдет тепловое самовоспламенение. Корректное
решение такой задачи получено в работе [48]. Решение
23
имеет следующий вид:
£
е дг«р s 12,1 Г In —— (Ткр — То) Г’6’	(2)
где Q — тепловой эффект реакции на единицу объема;
Е — энергия активации; z— предэкспоиенциальный мно-
житель; X — теплопроводность ВВ; 7? — газовая посто-
янная.
Для всех Т\>Т\^ по прошествии некоторого периода
индукции наступает взрыв, а для всех 7 j < Дф имеет ме-
сто быстрый спад температуры в очаге разогрева. Су-
щественно то, что период индукции самовоспламенения
очага близок к адиабатическому периоду индукции, вы-
ражаемому формулой
cpRTl
Тад - —— е	,
QEz
где с и q — удельная теплоемкость и плотность ВВ
(в дальнейшем будет приниматься, что они равны соот-
ветственно 0,3 кал!г*град и 1,6—1,8 г/см3).
Это обстоятельство позволяет производить прямые
оценки критических температур разогрева. Так, при уда-
ре период индукции не должен превышать по крайней
мере времени удара туд, которое по порядку величины
составляет, например, для копровых испытаний Ю~3 сек.,
т. е.
2 Е
c№pe«rKp< 10-з(сек.).	(3)
QEz
Приведенные выражения верны постольку, поскольку
верно представлять разложение взрывчатых веществ
реакций нулевого порядка. Вообще большинство ВВ
разлагается автокаталитически [51] по уравнению
£	£i
— = (1 — т|) ze RT + т) (1 — 1]) z±e RT ,
dt
где г) — глубина разложения.
Первый член уравнения описывает мономолеку-
лярную составляющую скорости реакции, второй — ав-
24
токаталитическую, энергия активации и предэкспонент
которой обозначены через £i и При некоторой глу-
бине разложения щ мономолекулярная и автокаталити-
ческая составляющие скорости реакции равны друг дру-
гу. Величина ц0 определяется как
-£
— е RT
Z1
и составляет для большинства ВВ величину порядка
1СИ—10~2 (ввиду близости значений Е и Е{ величина
слабо зависит от температуры). Значит при ц<т|о
можно пренебречь автокатализом, а также влиянием
выгорания и считать, что разложение идет по схеме
реакции нулевого порядка.
Если теперь обратиться к адиабатическому периоду
индукции, то подавляющую часть времени адиабатиче-
ского самовоспламенения занимает саморазогрев на ве-
личину -р~ [48], что по глубине разложения составляет
для интересующих нас температур

т. е. Ц1<т)о- Таким образом, реакция нулевого порядка
хорошо отображает рассматриваемый процесс.
В дальнейшем будет показано, что период индукции
при инициировании взрыва ударом по порядку величины
не более 10-5 сек., поэтому условие (3) может быть
уточнено:
•J
10-5(сек.).
QEz	'	1
(4)
Если производить оценки критических температур
разогрева при ударе по формуле (4) при знаке равен-
ства, то расчет по известным в литературе кинетическим
данным [52—54] дает для распространенных ВВ (тротил,
тетрил, гексоген, тан и др.) величины критических тем-
ператур Т р, лежащие в интервале 400—600° С. При
этом правая часть соотношения (2) приблизительно
25
остается постоянной и равной 25, т. е.
Е
r^QEz е КТкр ^25
ART?,
кр
(5)
Сравнивая выражения (4) и (5), получаем, что кри-
тический радиус горячего очага по порядку величины
не больше 10-4 см (для органических ВВ величина X в
среднем равна 2,4-10~4 кал) см-сек-град).
§ 2. Условие критических напряжений
и деформация в тонких слоях
Перейдем к обсуждению условий образования эф-
фективного горячего очага при неупругой деформации.
Сделаем перед этим некоторые замечания о характере
деформации и среды. Достаточно большие заряды твер-
дых ВВ как в литом, так и в дисперсном состоянии
представляют собой совокупность огромного числа ма-
лых частиц, в пределах каждой из которых имеется ани-
зотропия. Однако вследствие разнообразной беспоря-
дочной ориентировки различных частиц примем, как это
обычно делается по отношению к поликристаллическнм
телам, что материал изотропен и однороден. В таком
случае возникновение эффективных горячих точек связа-
но с неупругой деформацией заряда ВВ в целом,
а не с перемещением отдельных частиц и трением их
друг о друга. Будем, кроме того, считать, что выпол-
няется положение о плавлении как границе разогрева
при деформации твердых ВВ.
Как уже говорилось во введении, прямой теоретиче-
ский анализ процесса механического разогрева заклю-
чается в решении нестационарных пеизотермических
уравнений деформации, учитывающих изменение меха-
нических свойств среды с температурой. Так как даже
в простейших условиях для любой среды такая задача
в настоящее время неразрешима, а также нет подходя-
щих методов экспериментального измерения температур
кратковременных локальных разогревов в твердой де-
формирующей непрозрачной среде, то требуется найти
достаточно простые косвенные приемы исследования.
Можно, например, попытаться найти решения более
26
простых задач, введя некоторые упрощающие предполо-
жения, получить в каждом случае некую определенную
картину «механического поведения и возбуждения взры-
ва» ВВ, заведомо пе претендующую на полное отраже-
ние реального процесса, и затем сопоставить эту карти-
ну с экспериментальными данными. При таком сопостав-
лении должна выясниться применимость тех или иных
предположений.
В качестве одной из задач интересно было бы рас-
смотреть адиабатический случай деформации. Однако
здесь мы сталкиваемся с огромными трудностями. Так,
в частности, математический аппарат механики дефор-
мируемых сред развит в основном для анализа малых
деформаций (относительных деформаций, малых по
сравнению с единицей) [26], которых явно недостаточно
для создания высокотемпературных разогревов. Если бы
все же эту трудность удалось преодолеть, то и тогда по-
ложение оставалось бы весьма сложным, так как в ади-
абатическом случае по мере развития деформации и
разогрева среда становится локально пластически не-
однородной (механические свойства зависят от темпе-
ратуры), теория же пластически неоднородных сред
рассматривает более простые формы неоднородности [55].
Другой интересный случай получается, если предпо-
ложить, что разогревы при деформации не изменяют ме-
ханических свойств среды. Тогда распределение напря-
жений и перемещений среды при деформации должно
быть таким же, как в изотермическом случае. Таким об-
разом, можно использовать известные (изотермические)
решения для формального расчета температуры разо-
гревов и получить некую определенную картину «пове-
дения» ВВ. Заранее ясно, что начальная стадия дефор-
мации, пока разогревы невелики, должна хорошо опи-
сываться изотермическим решением. Поэтому и имеет
смысл искать неизотермические эффекты как отклонение
от изотермического решения; главная роль при этом
принадлежит эксперименту. Данный случай тоже сло-
жен, так как остается трудность исследования конечных
(больших) деформации и, кроме того, появляется необ-
ходимость рассмотрения уравнения теплопроводности
со сложным распределением источников. Сохраняя, од-
нако, идею излагаемого подхода, мы еще более упростим
задачу получения определенной картины «поведения»
27
ВВ, а именно: найдем некоторые условия, нобходимые
для возбуждения взрыва, исходя из обобщенного поло-
жения о плавлении и механических характеристик ВВ,
известных из обычных испытаний (статических и изо-
термических) литых и прессованных образцов ВВ из
сжатие.
Согласно обобщенному положению о плавлении, ве-
личина давления всестороннего сжатия, необходимого
для возбуждения взрыва, определяется тем, что темпе-
ратура плавления должна быть по крайней мере равна
критической температуре горячей точки. Назовем вели-
чину необходимого гидростатического давления крити-
ческим напряжением Ркр, а необходимое условие для
возбуждения взрыва
Р > Л<Р	(6)
условием критических напряжений. Заметим, что это
условие по физическому содержанию не имеет ничего
общего с нетепловой гипотезой критических напряжений,
обсуждавшейся во введении. Согласно той гипотезе до-
стижение критического напряжения является необходи-
мым и достаточным условием возбуждения взрыва.
В данном же случае выражение (6) служит лишь не-
обходимым условием того, чтобы разогрев мог достиг-
нуть критической температуры, а сам разогрев должен
создаваться неупругой деформацией. Поэтому критика
в работах Холево гипотезы критических напряжений,
опиравшаяся на опыты в приборе № 3, т. е. в отсутствие
течения, к вводимому условию критических напряже-
ний (6) отношения не имеет.
Критическое напряжение можно найти по уравнению
Клапейрона — Клаузиуса, зная величину критической
температуры. Используя выражение (4) при знаке ра-
венства, получаем
Тпл (Ркр) — Ткр>
ь = тпл Дг,«
«пл
с^ре^7= ю-5 (сек.),	(7)
QEz
где L — удельная теплота плавления; Ду — разность
удельных объемов жидкой и твердой фаз.
28
Применение уравнения Клапейрона — Клаузиуса вы-
зывает, однако, затруднения, поскольку не для всех ВВ
известны теплоты плавления и разность удельных объе-
мов жидкой и твердой фаз и тем более неизвестно, как
они меняются с давлением (для некоторых ВВ, по дан-
ным, приведенным в книге Орловой [56], можно найти
значение u = d7^JdP при нормальном давлении: для
дины а = 0,022, для нитроглицерина а = 0,010, для тротила
а = 0,031, для пикриновой кислоты а = 0,029 гранаты).
Для грубых оценок воспользуемся линейным приближе-
нием зависимости температуры плавления от давления
при а = 0,02 град)атм (1). Тогда критическое напряжение
Т — Т
Р	кр л пл
Кр - ------- ’
а
F
^Дрееткр= 10-5(сек.).	(8)
QEz	4	7
У большинства вторичных ВВ разность (Ткр—Тпл) со-
ставляет 200—500 С, т. е. для них следует ожидать, что
РКр = 104Ч-2,5« 104 67ТЛ2.
Как уже говорилось во введении, необходимость при-
ложения высоких давлений при возбуждении взрыва
механическим воздействием следует из результатов ис-
пытаний ВВ на копре Боудена — Козлова (данные Коз-
лова, приведенные па рис. 2, цитируются в книге [36]).
При этом, однако, величины давлений прижатия для Вто-
ричных ВВ, соответствующие 100% взрывов на кривой
частости, лежат в интервале от 5000 (тэн) до 11 000 атм
(тротил), что в 2—2,5 раза меньше, чем ожидаемые по
оценке величины критических напряжений Ркр . В даль-
нейшем это кажущееся расхождение будет объяснено.
Обращает на себя внимание то, что и такие инициирую-
щие ВВ, как гремучая ртуть, тетразен, ТНРС и азид
свинца, которые при нагревании до температур вспышки
не плавятся, требуют для возбуждения взрыва заметных,
хотя и меньших, чем для вторичных ВВ, величин давле-
ния прижатия, т. е. с точки зрения условия критических
напряжений для этих инициирующих ВВ (Гкр—Гпл)>0.
Вообще говоря, такое поведение инициирующих ВВ еще
не следует рассматривать как противоречие. Так, напри-
мер, для азида свинца температура вспышки при 5-се-
29
Рис. 2 Зависимости частости взрывов от давления
прижатия, полученные на копре Боудена — Коз-
лова
/ — гремучая ртуть; 2 — тетразен; 3 — ТНРС;
4 — азид свинца; 5 — тэн; 6 — гексоген; 7 — тет-
рил; 8 — пикриновая кислота; 9 — тротил
кундной задержке составляет 345° С, а сенсибилизирую-
щий эффект в опытах Боудена с добавками получался
при температурах плавления добавок, начиная с 500° С.
Поэтому если температура плавления азида свинца ле-
жит между 345 и 500° С, то противоречия не возникает.
Аналогично обстоит дело с гремучей ртутью, тетразеном
и ТНРС.
Обратимся еще к одному вопросу, связанному с ус-
ловием критических напряжений, т. е. с необходи-
мостью получить давления порядка 104 атм. Известно,
что при обычных (статических и изотермических) испы-
таниях механических свойств твердые вторичные В В
могут испытывать довольно малую пластическую дефор-
мацию и хрупко разрушаются при напряжениях поряд-
ка 102 кГ!см2, Как же достичь при неупругой деформа-
ции давлений, на два порядка превышающих прочность
среды? Ясно, что для этого нужны какие-то особые усло-
вия деформации. Если обратиться к многочисленным ме-
тодам испытаний ВВ на чувствительность (в том числе
и представленным на рис. 1, а, б, г, б, е), т. е. тем усло-
виям, где ВВ заведомо взрываются при механических
воздействиях (в частности при ударе), то видно, что
везде осуществляется деформация в тонких слоях. В тон-
ких слоях, как известно, действительно могут достигать-
ся высокие давления на малопрочной среде, причем они
30
могут считаться наиболее распространенным примером
таких условий, где это возможно. По-видимому, широ-
кое использование тонких слоев в методах испытания
ВВ на чувствительность и в исследованиях зависимости
возбуждения взрыва от условий воздействия следует
считать не случайным: в этом можно видеть широкое
подтверждение обобщенного положения о роли плавле-
ния или, что пока то же самое, условия критических на-
пряжений.
Деформация в тонких слоях, на которую в настоя-
щей работе обращается главное внимание, является од-
ной из основных задач обработки металлов давлением
[57, 58]. Имея в виду получение определенной картины
«поведения» ВВ с помощью необходимых условий воз-
буждения взрыва и последующее исследование процесса,
естественно выбрать самые простые условия деформа-
ции с точки зрения экспериментальных измерений и наи-
более хорошо обработанные теоретически. В этом отно-
шении удобна так называемая технологическая опера-
ция осадки цилиндрических образцов, что совпадает с
испытаниями в приборе № 2 (см. рис. 1), широко исполь-
зуемым для испытаний ВВ на чувствительность. Зада-
ча деформации в таких условиях (осесимметричная за-
дача) обстоятельно исследована для пластичных метал-
лов: найдено распределение напряжений в деформирую-
щемся образце (рис. 3) и показано, что при пластиче-
ской деформации (модель среды — идеально-пластиче-
ское тело) величина среднего давления Р следующим
образом связана с пределом текучести материала os, вы-
сотой (толщиной) образца h и диаметром D (при hfD<
Рис. 3. Распределение касательных (а) и нормальных (б')
напряжений по образцу
31
<0,125):
= ors
D
(9)
Несмотря на приближенный (инженерный) характер
решения, как формула (9), так и распределение напря-
жений (см. рис. 3) хорошо подтверждаются эксперимен-
тально [57, 58].
Деформация образца во многом определяется условиями
на контактных плоскостях (z — ± 7i/2). Контактная плоскость
по характеру деформации на ней разбивается на три зоны
по радиусу. В зоне I (зона скольжения, размер ее близок
к Л.), где нормальные напряжения (crz) невелики, происходит
возрастание касательных напряжений на контактной плос-
кости (т/г) с ростом нормальных напряжений согласно закону
Кулона: Хь — pcrz (Р — коэффициент кулонова трения). В
зоне II (зона торможения, размер ее примерно на 2h меньше
радиуса образца) закон Кулона неприменим, так как здесь
нормальные напряжения выше, чем в зоне /, а величина xk
не может превосходить своего максимального возможного
значения —предела текучести материала на сдвигу =crs/l/r3.
(Закон Кулона неприменим, если нормальное давление раза
в два превосходит предел текучести хотя бы одного из
элементов фрикционной пары. При этом касательное напря-
жение равно пределу сдвига, деформация в зависимости от
условий распространяется в глубину слабого материала, и
для пластичных тел различия трения и пластической дефор-
мации нет.) В этой зоне касательное напряжение т/г постоянно
и равно rs. В зоне /// (зона прилипания, размер ее по
радиусу близок к h) касательные напряжения падают неза-
висимо от величины нормальных напряжений. Чем меньше
h/D, тем относительно больше зона II по сравнению с
зонами I и III. При h/D<^ 0,125 она настолько превалирует,
что условие xk = rs можно распространить на всю контактную
плоскость и получить формулу (9). Условие т/г = ts делает
эквивалентным рассмотренный случай со случаями абсолютной
шероховатости пуансонов и прочного сцепления деформи-
руемой среды с пуансонами (пуансоны считаются абсолютно
жесткими). При этом [59] задача решается более строгими
методами теории пластичности (особенно плоская [63], аналогия
которой с осесимметричной широко используется), решение
получается тем же, однако при этом оно применимо не
32
верна для прочностного
Рис. 4. Предполагаемая карти-
на «поведения» В В
только для сжатия, но и для отрыва; это решение приме-
няется для объяснения повышенной прочности торцевой
склейки и спайки.
Формула (9) неплохо согласуется с экспериментами по
хрупкому отрыву [59], если вместо crs подставить предел
прочности (Тпр, что равносильно приравниванию величины тк
пределу прочности на сдвиг тпр:
Б , Л .	D \
пр — Я пр 1 Н	— .	(10)
\	3/3/J	v 7
Используем изложенные сведения для наших целей.
Предполагая, что формула (10)
разрушения хрупких систем и
при сжатии, в координатах
Р — h/D получаем кривую I
(рис. 4), достичь давлений
(средних) выше которой невоз-
можно, так как образец будет
разрушаться. Назовем соотно-
шение (10) условием прочно-
сти. Если теперь для простоты
предположить, что критическое
среднее давление Ркр, при ко-
тором возможен взрыв, опре-
1ел|яется в основном величиной
критического напряжения Ркр
и не зависит от /z/jD, то усло-
вие критических напряжений в приборе № 2
представится на графике (рис. 4) областью, лежащей
выше прямой (//), параллельной оси абсцисс. Заштрихо-
ванная область представляет собой область взрыва.
Условия (10) и (11) даны применительно к прибору №2
в выражены в терминах среднего давления, величина которого
получается усреднением распределения crz (см. рис. 3) по
площади пуансона. Сделаем некоторые пояснения относитель-
но условия критических напряжений в приборе №2 (11),
которое имеет более сложный смысл, чем введенное ранее
условие критических напряжений (6): Р^>Ркр. Будем в
дальнейшем называть величину Ркр критическим напряжением
в приборе №2, а величину Ркр — истинным критическим
I Г. Афанасьев, В. К- Боболев	33
напряжением. Распределение по радиусу гидростатического
4
давления Р = — (сгг + ог + а<р), которое интересует нас
3
в связи с условием критических напряжений Р Р^, при-
ведено на рис. 3 пунктирной кривой: давление изменяется
от максимального и зависящего от h/D в центре (Р2=о =
— 1
= 2 — 2,5 Р) до	= -—Опр на краях образца.
3
Как уже говорилось, для большинства вторичных
ВВ /\р сгпр. Поэтому у краев образца ввиду невы-
полнимости условия Р> Ркр никогда не может образо-
ваться эффективный горячий очаг. С другой стороны,
эффективный разогрев не может образоваться и в центре,
если даже гидростатическое давление превосходит по
величине истинное критическое напряжение, так как усло-
вие критических напряжений Р>Ркр является лишь
необходимым условием образования эффективного разо-
грева, а сам разогрев создается неупругой деформацией
и величина этой деформации возрастает от центра к кра-
ям образца. Местонахождение эффективного очага долж-
но определяться следующим: гидростатическое давление
должно быть не меньше истинного критического напря-
жения, температура разогрева при пеупругой деформа-
ции должна быть не меньше критической (поскольку речь
идет о локальном разогреве, то и скорость деформации
должна быть достаточно высока, чтобы тепло не успело
отвестись). Величина среднего давления, при котором
образуется очаг именно критической температуры при
гидростатическом давлении в очаге, равном истинному
критическому напряжению, и является величиной Ркр —
величиной критического напряжения в приборе № 2.
Таким образом, эта величина должна зависеть от
свойств ВВ и параметров воздействия: /г, D и и (и — ско-
рость сближения пуапсонов) или любой независимой ком-
бинации из них, например Л, h/D и и. (Справедливость
этого вывода относительно разогрева при деформации
следует из того, что образование эффективных горячих
точек происходит из-за неупругой деформации заряда
в целом.) Необходимое условие возбуждения взрыва
в приборе № 2, Р>Ркр, относясь к тонкому слою, по-ви-
димому, зависит главным образом от величины Ркр, так
34
как сама необходимость деформации в тонких слоях ис-
ходит из необходимости достижения РКр. Это соображе-
ние и заложено в сделанные предположения. Предполо-
жение о независимости величины РКр от /г/£) принято,
кроме того, как самое простое для изображения в коор-
динатах Р—h/D, что, однако, не должно вызывать каких-
либо опасений, поскольку как предположение о незави-
симости от h/D, так и допускаемая возможность зависи-
мости РКр от h и и будут в равной мере проверяться.
Перечислим сделанные предположения:
1)	Ркр не зависит от h/D\
2)	допускается зависимость Ркр от h и и\
3)	представления о механических свойствах ВВ, по-
лученные в статических и изотермических условиях, пе-
ренесены на воздействие ударом;
4)	используется решение изотермической задачи (10);
5)	принимается, что это решение справедливо для
хрупких разрушений при сжатии.
Итак, с помощью введенных условий критических на-
пряжений и прочности получена некая определенная
картина «поведения» ВВ в приобре № 2, из которой те-
перь может исходить постановка эксперимента и кото-
рая затем должна корректироваться при сопоставлении
с экспериментальными результатами.
§ 3. Результаты тензометрических измерений
Метод измерения давлений при ударе
Согласно предполагаемой картине «поведения» ВВ
(см. рис. 4), требуется измерять среднее давление в при-
боре № 2 при ударе по образцам с различным отноше-
нием h/D. Для измерения давления в процессе удара
использовался тензометрический метод, применявшийся
в работах [31, 61 и др.]. Конструкция приборчика пред-
ставлена на рис. 5. Датчиком давления служил нижний
ролик штемпельного приборчика с бифилярной обмот-
кой из изолированной константановой проволоки
НЭК-0,03. Концы обмотки прикрепляли к ролику раство-
ром фотопленки в дихлорэтане, затем обмотку покрывали
слоем клея БФ-6, после чего для полимеризации клея
1атчик выдерживали в течение нескольких часов при тем-
2*	35
пературе 150° С. Сопротивление датчика составляло при-
близительно 600 ом. Градуировка датчика производи-
лась при сжатии на прессе до 20 000 атм (на каждые
5000 атм датчик изменяет свое сопротивление примерно
на 1 ом).
Далее мы увидим, что градуировку датчика можно
производить и при ударе на копре, причем результаты
градуировок совпадают. Датчик подключался к осцилло-
графу (использовались двухлучевые осциллографы
ОК-17, ОК-24В и ОК-24М, снабженные фотоприставка-
ми) при помощи простой электрической схемы (см
рис. 5). Входное сопротивление осциллографа было уве-
личено до 2 Мом, чтобы постоянная времени измеритель-
ной цепи намного превышала время процесса и сигнал
не искажался. Во избежание разогрева датчика и образ-
ца от идущего по обмотке тока устанавливалась сила то-
ка ие более 20 ма, причем контрольные опыты с термопа-
рой, помещенной в образец, показали, что если ток не
превышает 30 ма, то разогрев практически отсутствует.
В интересующем нас диапазоне давлений изменение со-
противления датчика не больше нескольких омов, сум-
марное же сопротивление цепи датчика составляет не-
сколько килоомов. Легко показать, что сигнал при этом
пропорционален прилагаемой нагрузке, поэтому обработ-
ка результатов измерения проста и удобна. Второй луч
осциллографа с метками времени используется как
масштаб времени, а также фиксирует момент возникно-
вения взрывчатого превращения по методу электропро-
водимости [23] (ионизованные продукты разложения за-
мыкают ролики, к которым приложена разность потен-
циалов; момент замыкания регистрируется с помощью
Рис. 5. Конструкция приборчика и схема подключения
датчика.к осциллографу
1 — ролики; 2 — муфта; 5 — поддон; 4 — датчик; 5 —заряд
36
Рис. 6. Электрическая схема для фиксации момента
взрыва по замыканию роликов продуктами взрыва
1 — заряд; 2 — ролики
простой электрической схемы (рис. '6)). Запуск осцил-
лографа осуществляется замыканием специально уста-
новленного контакта падающим грузом. Типичные ос-
циллограммы давления при холостом и 'снаряженном
ударах представлены на рис. 7.
Механика холостого удара
Из сопоставления времени удара (~10~3 сек.) и вре-
мени пробега звуковых волн по роликам, т. е. времени
выравнивания напряжений (~10~6 сек.), Харитон [13]
заключил, что сжатие при ударе может рассматриваться
как статический процесс. На таком подходе основана
теория удара Герца [62], которая справедлива для ско-
ростей удара, много меньших скорости звука. При уда-
ре на копре скорость груза порядка 1—5 м/сек, скорость
мука в стали с = 5000 м/сек. Таким образом, сжатие ро-
ликов под действием налетающего груза подобно сжа-
тию пружины. Если рассматривать идеальный случай
(ударник груза плоский, сжимаются только ролики,
причем в пределах упругости), то элементарными спо-
собами, используя закон Гука и уравнение гармониче-
ских колебаний, находим выражения для максимально-
ю давления удара Р/пм времени туд:
Г Ml
туд-Л1/ -Т- .	(12)
I
37
Рис. 8. К обсчету осциллограмм давления
Рис. 7. Типичные осциллограммы
давления
— холостой удар; б, в, г и д —
удары по «снаряженному» при-
борчику; б —взрыва нет; виг —
взрыв; д — взрыв (азид свинца
и гремучая ртуть)
Соотношения (12) качественно отображают связь
максимального давления удара на копре и времени уда-
ра с массой груза М, кинетической энергией груза W
(энергией удара), упругими свойствами роликов (/?м —
модуль Юнга) и их размерами (/ — общая длина роли-
ков, S — площадь поперечного сечения). Выражение для
Р1П получено из условия, что вся энергия удара W пере-
ходит в упругую энергию роликов. При этом энергия уп-
ругих колебаний, которые могут возникнуть при ударе,
пе учитывалась, так как она ничтожно мала, составляя
0.02 Uq/c часть энергии удара («о — скорость груза) [63].
Осциллограммы холостого удара (рис. 7, а) близки
ио форме к полупериоду синусоиды, как это и должно
быть для «статического» удара. Процедура обсчета ос-
циллограмм показана на рис 8. При достижении макси-
мального давления (момент времени ti) скорость груза
равна нулю и по закону сохранения импульса будет:
Mu0 = 'j SP (/) dt,
То
•де SP — записанное на осциллограмме изменение силы
• г начала удара т0 до остановки груза в момент t\.
39
Оптическим методом, о котором речь будет идти
ниже, установлено, что скорость груза на копре К-44-2
при соударении соответствует расчету по свободному па
дению и поэтому
tx
М V2gH~0 = s\P(t)dt,
To
где Но — высота падения; Р(1) —изменяющееся дав
ление.
Величина интеграла находится графически по осцил
лограмме, а само равенство служит условием нормиров
ки. Ошибка измерения давления составляет 10% (как
при градуировке на прессе, так и на копре). При удар'
она складывается из ошибки градуировки (7%) и ошиб
ки измерения отклонения
луча осциллографа (3%). На
Рис. 9. Зависимость максимального
давления холостого удара от энер-
гии удара
рис. 9 приведена зависимость максимального давления
Р™ от энергии удара W (копер К-44-2, грузы 10 и 5 кг)
Последовательным графическим интегрированием
функции P(t) по осциллограмме (рис. 8) строится гра
фик изменения скорости груза во времени u(t):
$ * —
и (0 = Uo — — \ р (/) dt.
и используя исход
Определив отсюда величину изменения кинетически'
A TW 41
энергии груза	—
^2
ную осциллограмму давления, можно построить зависи
40
мость Р=у(А№). Проверка по многим осциллограм-
мам показала, что P = q (A1F) не зависит от высоты па-
дения груза, от массы груза и полностью совпадает с
зависимостью максимального давления от энергии уда-
ра (рис. 9). Это свидетельствует о том, что развивающе-
еся при холостом ударе давление не зависит от скорости
приложения нагрузки и определяется величиной затра-
ченной на деформацию энергии, что нельзя было считать
заранее очевидным, так как удар на копре неполностью
упругий. Из обработки осциллограмм следует, что на
пластическую деформацию металла роликов (и поддо-
на), происходящую на первом этапе удара (до ^), рас-
ходуется около 20% энергии удара, а второй этап удара
(после Л) полностью упругий. Потери энергии па пла-
стическую деформацию металла являются одной из при-
чин снижения (на 12—15%) экспериментальной зависи-
мости Р/7г=<р (W) по сравнению с определяемой форму-
лой (12).
Графическим интегрированием скорости u(t) находите,
перемещение центра тяжести груза во времени Дйм = А/1м(0
которое происходит за счет сжатия металлических деталей,
главным образом роликов и ударника. Исключением вре-
мени t из зависимостей P = P(t) и Д/1м = ААм(0 опреде-
ляется зависимость сжатия металла от давления Айм =
А^м(Р). Эта зависимость может быть также получена
из Рт = <р(Ц7) по дифференциальному соотношению PS =
dW/dh. Кривые АЛм = А^м (Р) приведены на рис. 8:
сплошная кривая для нагружения (до пунктирные для
разгрузки (после /Д Зависимость AftM = АЛм (Р) отражает
геометрию соударения и материал сжимающихся элементов.
Копер К-44-2 имеет сферический ударник (Р=50 мм) и
в зоне контакта происходит местная деформация. Нелинейный
характер АЛМ = Айм (Р) обусловлен весьма значительными
местными деформациями, которые, вероятно, имеют место
па поверхностях раздела (поддон — ролик, ролик — ролик
п в первую очередь груз — ролик) и являются другой
причиной отклонения экспериментальной зависимости Рт =
ср (W) от формулы (12).
Согласно выражению (12), время удара не зависит от
высоты падения груза Но. В эксперименте, однако, наблю-
дете я уменьшение удара с увеличением высоты падения
41
(рис. 10), что объясняется нелинейностью А^м = ДЛм (^)
и неполной упругостью удара. Зависимость A/tM — A/im (Н
или Рт = <р (№) однозначно определяет режим нагружения
Рис. 10. Зависимости времени уда-
ра от энергии удара
I — копер К-44-2, груз 10 кГ; II —
копер Каста, груз 10 кГ; III — копср
К-44-2, груз 5 кГ
при холостом ударе и поэтому может быть принята за
характеристику копра и приборчика. Следует заметить, что
копер Каста и копра К-44-2 существенно отличаются друг
от друга, что видно хотя бы из зависимостей времени
удара от высоты падения груза (рис. 10).
Механика «снаряженного» удара
Осциллограммы давления при ударе по снаряженно-
му приборчику (см. рис. 7, б, в, г) позволяют рассчитать
кривую деформации заряда ВВ при нагружении ударом.
Двумя последовательными графическими интегрировани-
ями (см. рис. 8) (подобно тому, как это делалось и при
холостом ударе) находится перемещение центра тяжести
груза во времени А/гм+вв = ДЛм+вв(0 • В данном случае,
однако, оно представляет собой сумму сжатия металла
и изменения толщины деформирующегося в процессе
удара образца. Для выделения деформации образца A/i=
= A/i (t) из суммарного перемещения требует£Я вычесть
сжатие металла ио известным давлению Р = Р (t) и за-
висимости A/iM=A/iM (Д); при этом, когда давление воз-
растает, используется кривая нагружения, а когда убы-
вает — кривая разгрузки.
Резкие изменения Р и А/г в некоторые моменты вре-
мени (разрешающаяся способность нашей съемки
42
составляет 5—10 мксек и эти изменения регистрируются
как мгновенные) соответствуют разрушению образца и
выбросу части вещества из области сжатия. Для уста-
новления природы разрушения образца при ударе был
испытан ряд индивидуальных ВВ (тротил, тетрил, гексо-
ген ка'К монокристаллической плотности, так и дисперс-
ный, тэн, октогеи и др.), баллиститный порох Н, гексоген
+ 9% легкотекучей добавки типа парафина, молотый
мел и мел с различным процентным содержанием пара-
фина (3, 5, 10 и 15%; парафин вводился таким же мето-
дом, каким осуществляется флегматизация ВВ), натри-
евая селитра, бариевая селитра, перхлорат аммония,
свинец, клетчатка (бумага) и др.
Можно предположить несколько механизмов разру-
шения: 1) потеря устойчивости сыпучей среды; 2) рез-
кое падение вязкости подобно тому, как это имеет место
для твердообразных структур при высоких напряжениях
и скоростях деформации; 3) разрушение образца при до-
стижении предела прочности на плоскостях скольжения.
Учитывая, что разрушения происходят у всех систем,
кроме мела молотого, мела с парафином и свинца, если
он не переупрочнен предварительным деформированием,
а также то, что давление разрушения тем больше, чем
прочнее вещество, можно считать, что разрушение име-
ет прочностной характер [64]. Спады давления отсутст-
вуют и у эластичных полимеров (резина, тиокол).
Баллиститные пороха в зависимости от скорости от-
носительной деформации и толщины образца ведут себя
двояким образом: хрупко разрушаются после упру-
гой деформации, либо испытывают эластическую и за-
тем вязко-пластическую деформацию (в последнем слу-
чае получаются гладкие 'осциллограммы давления). По-
ведение баллиститных порохов находится в хорошем
согласии с представлениями о механических свойствах
линейных полимеров [65]. Часть изложенных сведений о
поведении различных материалов при ударе на копре по-
надобится нам при разборе точек зрения других авторов.
Если происходит взрыв, то на осциллограмме давле-
ния тоже имеется резкий спад (ом. рис. 7, в, г). При
>том возникает вопрос, то ли взрыв и последующее бы-
сгрое расширение продуктов взрыва является причиной
спада давления, то ли взрыв происходит в процессе спа-
да. На рис. 7, д приведена типичная запись давления,
43
Рис. 11. Типичные диаграммы: давление — переме-
щение (а) и давление — деформация (б)
которая получается п-ри взрыве азида свинца и грему-
чей ртути [66]. Эти инициирующие ВВ детонируют и раз-
рушают ролики, в том числе и датчик. Разрыв цепи рав-
носилен бесконечному увеличению сопротивления и луч
осциллографа «зашкаливается», причем никакого даже
самого малого спада давления не обнаруживается (при
проведении этих опытов яркость луча была намеренно
увеличена). Отсюда ясно, что взрыв происходит до спа-
да давления, а спад является следствием взрыва.
Возвращаясь к обсчету осциллограмм, заметим, что,
исключая время из зависимостей Р = Р (/) и Д/г=Д/г (t),
можно получить диаграмму давление — перемещение
(Р—ДЛ) и диаграмму давление — деформация (Р—е),
характеризующие процесс деформации и механические
свойства образца (рис. И). Разрывы на этих диаграм-
мах соответствуют выбросу части заряда из области
сжатия при разрушении.
Оптический метод измерения перемещений
Для проверки правильности расчета Д/г=ДЛ (/) нами
совместно с Жученко [66] был разработан оптический ме-
тод регистрации перемещений на основе ждущего фото-
регистра ЖФР-2. Оптическая схема метода представле-
на на рис. 12. Верхний ролик штемпельного приборчика
3 освещается через конденсор 2 импульсным источником
света 1 (ИФК-20). Отражаясь от ролика, свет через
44
Рис. 12. Схема оптического метода измерения пере-
мещений при ударе
1 — лампа фотовспышки; 2 — конденсор; 3 — переме-
щающийся ролик; 4 и 6 — линзы; 5 —щель; 7—вра-
щающееся зеркало; 8 — фотопленка
линзы 4 и 6 и находящуюся в сопряженных фокусах
этих линз щель 5 попадает на вращающееся зеркало 7
и далее па фотопленку 8. С объективом «Индустар-51» и
специально изготовленным тубусом длиной 56,5 см уве-
личение масштаба съемки происходило в 13 раз, что
позволило при обработке результатов получить точность
измерений не менее 0,02 мм. Так как объектом съемки
служит боковая поверхность верхнего ролика, то в муф-
ге и поддоне штемпельного приборчика делали сектор-
ный вырез с углом 90—120°. На боковую поверхность
ролика наносили специальную белую эмаль с высокой
отражательной способностью (альбедо примерно 0,9) и
хорошей адгезионной способностью к металлу ролика.
Поверх нее на небольшом участке (примерно 1 мм от
нижнего торца верхнего ролика) наносили полосу мато-
вой черной краски с высоким коэффициентом поглоще-
ния (примерно 0,99). Граница черного и белого полей,
перемещаясь при ударе вместе с роликом, записывает на
пленке развертку вертикального движения ролика.
Съемка производилась на фотопленку с высокой чув-
ствительностью. Синхронизация подсветки с ударом осу-
ществлялась таким же способом, как и запуск осцилло-
графа. Применение оптического метода совместно с тен-
зометрическим методом измерения давления подтверди-
ло правильность расчетных диаграмм Р — &h и непо-
средственно показало факт выброса вещества в момент
спада давления.
45
С помощью оптического метода в работе [66] удалось
получить некоторые дополнительные сведения по инте-
ресному эффекту резкого повышения частости взрывов
для жидких и инициирующих ВВ в случае приподнятого
верхнего ролика [67]. Оказалось, что в этом случае про-
исходит дробный удар: ролик отражается от налетающе-
го груза со скоростью, равной удвоенной скорости груза,
затем он ударяет по заряду ВВ и отскакивает навстречу
падающему грузу и т. д. При этом капля жидкого ВВ
разбрызгивается, и основной удар происходит уже по
ВВ, неполностью смачивающему ролик, что аналогично
опытам Боудена [19,] с зарядами в виде полосок и мно-
жества капелек, когда фиксировалось 100 /о взрывов (по
Боудену, вследствие адиабатического сжатия газовых
включений). При ударе по заряду твердого ВВ в прибо-
ре № 2 эффект приподнятого ролика не обнаруживается.
Этот эффект проявляется в приборе № 4 для иницииру-
ющих ВВ при расположении заряда в центре. Эффект в
этом случае вызван тем, что заряд разбивается на от-
дельные части и изменяется отношение h/D, что, как мы
предполагали выше и увидим далее, имеет существен-
ное значение.
Работа деформации заряда
Площадью диаграммы Р—Ah (см. рис. 11, а) опре-
деляется энергия, поглощенная зарядом при ударе.
В литературе по чувствительности этой величине прида-
валось важное значение, так как предполагалось найти
соответствие между энергией, затраченной на деформа-
цию, и температурой разогрева. Предлагались разные
способы ее оценки (по полной энергии удара [68], по
всей потерянной при ударе энергии [69], по разности
энергий восстановления при холостом и снаряженном
ударах [70]). Критически рассмотрев эти способы, Холе-
во для определения работы над зарядом при ударе И7вв
широко использовал соотношение
WEB = Mg(H0-----^-н\	(13)
\ е )
где Но— высота сбрасывания груза; — высота отско-
ка; е — коэффициент восстановления копра.
46
Исходя из полученных диаграмм Р — Ah, рассмотрим
вопросы, связанные с потерями энергии в процессе удара
и укажем границы применимости соотношения (13).
При холостом ударе (см. рис. 7, а) энергия падающе-
го груза Wo расходуется на упругую и пластическую де-
формацию металла. Упругая доля энергии реализу-
ется при отскоке груза и составляет для большинства
копров 0,6—0,8 энергии удара. Оптическим методом
была измерена скорость груза при отскоке. Она оказалась
выше, чем дает расчет по свободному падению и !=/2gHr,
что, по-видимому, связано со скольжением защелки груза
о фиксирующую рейку. Опыты показали, что хорошо вы-
полняется соотношение
MgHl =	(14)
где Т — коэфициент, учитывающий влияние скольжения
защелки и составляющий для нашего копра (К-44-2) при
грузе 10 кг примерно 0,9. При холостом ударе баланс
энергии записывается следующим образом:
Wo = IF& +
или
^0 = ^+—^!,	(15)
т
где —энергия, затраченная на пластическую де-
формацию металла.
Если при каждой высоте сбрасывания 7?0 высота отскока
повторяется достаточно хорошо, то Wm тоже постоянно
для каждого Но. При ударе по роликам с наклепом хорошо
выполняется = еН0 (е — коэффициент восстановления
копра), что вместе с выражениями (14) и (15) дает
- 1 Wm ,	(16)
\ е J
т. е. при ударе по роликам с наклепом работа, затрачиваемая
грузом на необратимую деформацию металлических элементов
приборчика, пропорциональна упругой части энергии удара
(для применявшегося нами копра и роликов е = 0,73).
При снаряженном ударе (см. рис. 7, б, в, г) часть энергии
удара тратится на пластическую и упругую деформацию
металла, остальная доля энергии 1ГБв— на упругую и неуп-
47
ругую деформацию заряда. В момент резкого спада давле-
ния и выброса части ВВ из области сжатия ролики, как
показывают оценки, свободно или почти свободно разгру-
жаются от давления Р, до Р, и теряют безвозвратно часть
запасенной упругой энергии WCi которая переходит в энергию
звуковых волн, рассеивающихся в системе копра, основания
и т. д. Назовем эту потерянную энергию сейсмическими
потерями. Легко найти ее величину:
Гс = 2 —l^(Pz)-U7(P/)],
п т
где п — число спадов давления, а значения W (Д) и IF (Р/)
берутся из экспериментальной зависимости Pzn = <р (IF), пред-
ставленной на рис. 9. Приближенно эта величина следует
из формулы (12):
IFbb —доля энергии удара, идущая на упругую и не-
упругую деформации заряда, определяется площадью
диаграмм Р—ДА. Упругая энергия, накопленная зарядом,
переходит при разрушении (частично) в кинетическую
энергию выбрасываемого ВВ (следует заметить, что в
моменты спадов давления явление имеет не статический,
а волновой характер). Таким образом, баланс энергии
при снаряженном ударе записывается в виде
+ Wc + IFBB.
Используя выражения (14) и (16) и переходя к вы-
сотам падения и отскока, имеем
Гвв = Mg( Но--нА- Wc.	(17)
Для иллюстрации баланса энергии при ударе приведена
табл. 1 (копер К-44-2, груз 10 кг, прибор № 2, масса за-
ряда 0,050 г).
При малых энергиях удара максимальное давление
тоже мало и не достигает предела прочности образца, ос-
циллограммы давления имеют вид, близкий К осцилло-
48
Т аблица 1
Баланс энергии (в кГм) при ударе по зарядам ВВ весом 50 мг
вв	^0	u ВВ	U'c		«"м
1 сксоген	0,50	0,14	0	0,07	0,27
	0,50	0,12	0	0,08	0,28
	1,00	0,20	0,52	0,11	0,15
	1,00	0,18	0,51	0,12	0,21
	1,50	0,22	U,60	0,21	U,44
	1,50	0,21	0,42	0,28	0,61
	2,00	0,25	0,54	0,24	1,07
1 эн	0,50	0,16	0	0,09	0,28
	0,50	0,17	0,18	0,05	0,11
	1,00	0,24	0,32	0,14	0,34
	1,00	0,20	0,39	0,15	0,31
	1,50	0,17	0,46	0,25	0,62
	1,50	0,18	0,40	0,21	0,77
Гексоген + 9% легкотеку-	1,00	0,23	0,36	0,11	0,30
чей добавки типа пара фи-	1,00	0,19	0,18	0,16	0,49
па	•1,50	0,16	0,60	0,20	0,57
	1,50	0,23	0,51	0,19	0,68
	2,00	0,27	0,50	0,26	0,95
	2,00	0,34	0,71	0,23	0,80
граммам холостых ударов, резкие спады давления отсут-
ствуют и поэтому ft?c=O. Резкие спады давления могут
отсутствовать на ба л л петитных порохах и свинце, отсут-
i гвуют на эластичных полимерах, в этих случаях также
U7c=0. Таким образом, из выражения (17) следует, что
соотношение (13) выполняется тогда, когда получаются
|ладкие осциллограммы давления.
Из приведенной таблицы видно, сколь малую долю
шергии удара составляет энергия, идущая на деформа-
цию заряда. Если бы она вся превратилась в тепло, то
разогрев заряда был бы порядка 10° С. Тем не менее эта
♦нергия примерно в миллиард раз превышает энергию,
необходимую для создания очага размером 10~4 см, обла-
гающего критической температурой.
49
Заметим при этом, что мы не делаем здесь разделения
всей работы деформации заряда на упругую в и неупру-
гую 1₽вв части. Если оценивать IFbb по формуле
<В = — Sh
2х
(где х — модуль объемного сжатия), то получаются величины
такого же порядка, как и измеренные (при толщине прес-
сованного заряда 1г 0,4 мм, соответствующей 0,050 г,
для гексогена Рпр = 4800 кГ/см2; модуль объемного сжатия
гексогена равен 1,1 • 105 кГ/см2 [71]). Отсюда следует, что
Ц7вв либо имеет такой же порядок величины, либо она по
величине меньше, чем ГГвв-
Механические свойства твердых ВВ
Испытания производились в приборе № 2. Испытыва-
лись многие взрывчатые (тротил, пикриновая кислота,
тетрил, аммиачная селитра, тэн, гексоген, октоген, тетра-
зен, ТНРС, азид свинца, гремучая ртуть и др.) и некото-
рые инертные вещества при разных толщинах образцов.
Для всех этих веществ рассчитанные диаграммы давле-
ние — деформация (Р — е) имеют вид, близкий к показан-
ному на рис. 11, б (в — относительная деформация образ-
ца). Если первый спад давления вызван взрывом заря-
да, то диаграмма в этом случае аналогична по виду
первому участку (до первого разрушения) той же диа-
граммы (рис. 11, б). Эти диаграммы характеризуют
твердые ВВ как сильно упрочняющуюся среду (близкую
к упругой), претерпевающую до разрушения очень малую
деформацию (менее 10%). Поэтому, имея в виду только
первый спад давления на осциллограмме, можно с хоро-
шим приближением отождествлять толщину, при ко-
торой произошло разрушение или взрыв, с начальной
толщиной заряда. Это, однако, справедливо только для
прессованных зарядов. Дело в том, что между зарядом
из твердого ВВ и роликами всегда имеются небольшие
зазоры, которые приводят к явлению дробного удара.
Прессованные заряды нечувствительны к удару роликом,
а насыпные частично разбрасываются (разбрасыванию,
вероятно, помогает и воздух, находящийся в порах).
50
Действительно, сравнение
рассчитанных перемеще-
ний Дй в процессе удара
с разностью начальной и
конечной толщин образ-
цов дает совпадение для
прессованных образцов и
расхождение для насып-
ных, достигающее иногда
40% от начальной толщи-
ны, т. е. удар как бы про-
исходил по заряду толщи-
ной меньшей, чем началь-
ная. Поэтому все измере-
ния, о которых далее бу-
дет идти речь, производи-
лись на прессованных за-
рядах.
В табл. 2 и на рис. 13
и 14 приведены для ря-
да ВВ экспериментальные
результаты по измерению
давлений, при которых
происходит разрушение
Р Пр или фиксируется
взрыв Т^взр . Опыты про-
изводились в приборе № 2
(0=10 мм) при разных
начальных толщинах за-
ряда. Давление прессова-
ния составляло 5—20 тыс.
атм и в большинстве слу-
чаев подбиралось так,
чтобы приблизительно
вдвое превышать Рпр или
Р взр. Плотность зарядов
при этом была приблизи-
тельно на 10% ниже
плотности монокристал-
ла. Каждое значение в
таблице (и соответствую-
щая точка на графиках)
Ю о СО тн
* * *
Г* Г— ОО о Ci CXJ
СС Ш о ОО TH
O1 чР ч^ 4f CD ОО
LQ *
Ci СО Ю CD 4j<
СМ СМ СО СО ЧР CD
1-0
О* Ю О Ю
тЧ CI 0-1 СО LC
ю
^CMOCDCMr-
'сн	СМ	СМ	СМ	СО	Чр
.	D	тч	С\|	Ю
‘	'	чИ	СМ	СО	чР
О	С	тн	С
чч гн Cl CI СО
1 I I I
СМ со
1Л Ю	LQ
00 to со о- см см
о	см со
51
рения и в наиболее широком интервале скоростей,
допускаемом копром К-44-2, выполнены на примере гек-
согена: при измерении Рпр скорость ударяющего груза
изменялась в 4,5 раза (высоты падения 5 и 100 слг), а
при измерении Рвзр—в 2,6 раза (15 и 100 см). Различие
полученных результатов пе превышает ошибки измере-
нии (10%). Результаты приведенные в табл. 2 и на
рис. 13 п 14, получены при высоте сбрасывания груза
(10 кг) 25 см.
Полученные экспериментальные результаты по удель-
ным давлениям разрушения Рпр в зависимости от началь-
ной высоты заряда (см. табл. 2) с точностью до ошибки
измерении описываются гиперболической зависимостью
вида (10):
Рпр = СГпр ( 1 + Y	(18)
\ З/ЗЛ/
Таким образом, эта формула в интервале 0,01^
^.hlD^0,10 экспериментально подтверждена и для слу-
чая хрупких систем при сжатии ударом. (Заметим, что из
всех испытанных твердых взрывчатых и инертных ве-
ществ исключением явилась дина: она не укладывается
в эту зависимость.) Данные измерений и формула (18)
позволяют определить предел прочности Опр. Средние
значения о*пР (усреднение производилось по всем опы-
там) для разных веществ приведены в табл. 3. Кривые
прочности на рис. 13 и 14 нанесены с использованием этих
средних значений пределов прочности и формулы (18).
(Выше всюду говорилось о средних значениях измеряе-
мых величин Рщ) и РВоР. Разброс данных около этих
средних значений довольно большой и составляет ±25%,
что больше ошибки измерений. Для иллюстрации разбро-
са на рис. 15 представлены данные отдельных измерений
для гексогена, их средние значения приведены в табл. 2
и на рис. 15.)	!
Полученные значения сгпр являются эффективными
пределами прочности ВВ как полукристаллических тел
(прочность монокристаллов обладает анизотропией). Об-
ращает внимание то, что эти значения в 2—4 раза выше
пределов прочности, обычно определяемых при сжатии
прессованных шашек (/z/D^l). Остановимся в связи с
этим на различаемых ;в металловедении [72] транскри-
54
Рис. 15. Разброс результатов измерения ^давлений при
разрушении РПр (точки) и при взрыве РВЗр (крестики)
для гексогена
сталлической и интеркристаллической прочностях для по-
лпкристаллических тел. Первая связана с разрушением
по зерну и определяется прочностью материала зерна,
вторая — с разрушением по стыкам зерен и определяется
прочностью их сцепления. Транскристаллическая являет-
ся максимально возможной прочностью поликристалли-
ческого тела. Интеркристаллическая может лишь при-
ближаться к ней (в случае металлов), вообще же говоря,
она может быть как угодно низка, чего именно и следу-
ет ожидать для образцов, прессованных из порошка хруп-
ких малопластичных материалов, каковыми являются
твердые ВВ (в силу малой пластичности стыки между
зернами «не залечиваются»).
Действительно, если* в случае металлов предел проч-
ности на растяжение (ответственна интеркристалличе-
ская прочность) близок к пределу прочности па сжатие
(ответственны как интер-, так и транскристаллическая
прочность), то в случае прессованных ВВ разрушение при
55
Рис.__13. Зависимости средних давлений__при разруше-
нии ^пр (сплошные кривые) и взрыве РБЗр (пунктир-
ные кривые) от толщины заряда для окто1ена (О*),
гексогена (W), тетрила (ла) и тротила (□)
Рис. 14. Зависимость средних давлений Р(1р и РВЧр
от толщины заряда для тэна (ОФ) и пикриновой
КИСЛОТЫ (ЛА)
Точен -I- относятся к дине
является усредненным значением измеряемой величины
не менее чем по 10 опытам В первую очередь необходимо
было изучить, как влияют на эти усредненные значения
дисперсность ВВ, давление прессования и скорость груза
при соударении.
Влияние дисперсности изучалось на примере тэна,
гексогена и октогена. Испытывались разные фракции с
размерами зерна от 1 —10 до 315—400 мк. Получено, что
средние значения РПр и РВЗр в пределах ошибки опыта
(10%) не зависят от дисперсности ВВ. Одинаковые зна-
чения также получаются как на прессованных образцах,
так и на образцах монокристаллической плотности. Для
труднопрессуемых ВВ дисперность влияет на разброс из-
меряемых величин около их среднего значения. С умень-
шением размера зерна разброс несколько уменьшается,
уменьшается также разброс по толщине отпрессованных
зарядов, что, по-видимому, связано с улучшением одно-
родности образцов. Поэтому для серийных измерений
труднопрессуемые ВВ (тэн, гексоген, октогеп) использо-
вались в виде мелкоосажденпых фракций (1 —10 мк).
Средние значения Рп$ и Рвзр в пределах ошибки из-
мерений не зависят также от давления прессования заря-
дов (ВВ брались разных дисперсностей) при одной и
той же массе навески, если давление прессования превос-
ходит 200 атм (при меньших давлениях прессования про-
исходит разбрасывание части заряда из-за дробности
удара). С увеличением давления прессования несколько
уменьшается разброс получаемых данных, по-видимому,
опять же по причине улучшения однородности образцов.
Если давление прессования меньше, чем измеряемая ве-
личина, то при ударе происходит как бы допрессовка за-
ряда, что проявляется в увеличении относительной де-
формации заряда к моменту разрушения по сравнению с
хорошо отпрессованными зарядами. Поэтому серийные
измерения производились на образцах, отпрессованных,
как уже говорилось выше, до больших давлений, чем
измеряемая величина. Если плотность зарядов после
прессования Получалась ниже собственной плотности
ВВ более чем на 10%, то такие заряды отбраковывались.
Нет влияния иа средние значения измеряемых величин
ЁлрИ РВЗр и скорости удара. Влияние скорости изучалось
па примере тэпа и гексогена. Наиболее тщательные изме-
53
растяжении происходит при очень низких напряжениях
(порядка 10 кГ1см?), а при сжатии для разрушения тре-
буются напряжения порядка 102 кГ1см2 (100—200 кГ/см2).
Надо сказать, что эти напряжения можно повысить, если
улучшить сцепление между зернами и тем самым повы-
сить пнтеркристаллическую прочность. Так, например,
Таблица 3
Значения температур плавления и эффективных пределов
прочности для различных веществ
вв	Лиг °C	япр, кГ/см2
Дифениламин	52,9	190
Эвтектика тротил-тетрил	68,8	290
Тротил	81	340
Пикриновая кислота	121,9	520
Тетрил	131	530
Тэн	141	600
Аммиачная селитра	169,6	650
Гексоген	201	820
Октогея	280	1250
NaNO3	308	1430
Ba(NOa)2	592	2300
прочность на сжатие шашек ВВ, отпрессованных вме-
сте с растворителем, значительно повышается.
Измеренные нами при ударе пределы прочности ггпр
являются показателями транскристаллической прочно-
сти, т. е. собственной прочности ВВ, так как по использо-
ванной (и теперь уже подтвержденной) задаче о дефор-
мации тонкого диска разрушение наступает при достиже-
нии предела прочности материала диска на сдвиг т Пр
(Тпр^^пт/К3) по всей контактной плоскости.
Остановимся па других результатах, касающихся ме-
ханических свойств твердых ВВ. Эти результаты пона-
добятся нам в дальнейшем.
Были измерены совместно с Карпухиным [66, 73] эф-
фективные пределы прочности широкого круга ВВ, эв-
тектических сплавов ВВ и некоторых инертных веществ
и было показано, что эффективные пределы прочности
испытанных веществ с точностью до ошибки измерений
56
следуют линейной зависимости от их температуры плав-
ления (см., например, табл. 3):
^пр — 4,2 / пл»
(19)
где ТПл выражена в градусах Цельсия, а стПр—в к,Г!см?.
вязь прочности с температурой плавления объясняется
тем, что как та, так и другая величина определяется
энергией межмолекул яркого взаимодействия. Заметим,
Рис. 16. Зависимости предела проч-
ности от начальной температуры
для тротила (/), гексогена (//)и
октогена (///)
бпр^ кГ/сп2
однако, что полученная линейная зависимость (19) мо-
жет быть принята лишь в первом приближении, так как
механические характеристики могут в сильной степени
зависеть, например, от полиморфизма, который являет-
ся весьма распространенным для ВВ. Кроме того, исклю-
чение составляет дина, но она, как уже говорилось, не
описывается и формулой (18) (средине значения Рпр для
дины показаны на рис. 14).
На примере октогена, гексогена и тротила изучалось
влияние начальной температуры на предел прочности. Нагре*
вание контролировалось термопарой, помещенной в образец.
Динамический нагрев применялся в целях уменьшения воз-
можного разложения ВВ. Измерение РГ1р производилось при
разных толщинах образцов, затем по формуле (18) находи-
лось сгпр. Из рис. 16, на котором показано изменение предела
прочности, видно, что он, как и следовало ожидать, с темпе-
ратурой понижается, обращаясь в нуль в точке плавления.
В металловедении изменение механических свойств
рассматривают в связи с изменением соответственной тем-
57
пературы TQ/Tnjl (в °К), считая, что при равных соответст-
венных температурах следует ожидать одинаковой подвиж-
ности структурных элементов решетки или одинаковой
степени теплового разрушения кристалла. Хотя это рассуж-
дение в случае металлов более всего относят к изменению
пластических свойств, оно хорошо иллюстрируется и нашими
результатами по измерению <тпр (как уменьшение прочности
с увеличением начальной температуры, см. рис. 16, так и
уменьшение прочности при нормальной температуре с умень-
шением температуры плавления вещества связаны с умень-
шением соответственной температуры). В теории обработки
металлов давлением [74] считается, что при То/Тпл>0,4 — 0,5
существенную роль в пластической деформации играет
рекристаллизация, при более высоких значениях TQ/Tnjl все
заметнее становятся релаксационные эффекты, и для опи-
сания деформационных свойств применяют модель вязко-
пластического тела при Tq/T^ >0,7— 0,8 и модель вязкой
жидкости при То/Тпл > 0,8 — 0,9. Приведенные значения
соответственных температур относятся к медленным процес-
сам, вообще же они относительны: увеличиваются со скоростью
деформации и уменьшаются с увеличением степени деформа-
ции. Во всяком случае при нагружении ударом эти значения
должны быть выше. Некоторая аналогия со сказанным о
металлах имеется и для твердых ВВ. Из осмотра большого
числа осциллограмм давления и полученных из них диаграмм
Р — е следует, что при приближении Т^/Тпл к единице
спады давления выглядят менее резко и пластичность ВВ
увеличивается. Замечается это, если ВВ имеет соответствен-
ную температуру Т0/Тпл > 0,9. В условиях медленного
нагружения пластичность должна проявляться при меньшем
граничном значении соответственной температуры. Известно,
например, что прессуемость ВВ улучшается при повышении
температуры, а при нормальной температуре хорошо прес-
суются низкоплавкие ВВ, такие как тротил (Т^/Тпл = 0,85),
тетрил (0,75), дина (0,91), и плохо, как правило, прессуются
те ВВ, температура плавления которых выше, чем тетрила
(так, для плохо прессующегося тэна Т0/Гпл = 0,72).
Таким образом, в условиях медленного прессования, как
можно ориентировочно судить, граничное значение TQ/Tnjl =
= 0,72 — 0,75, в то время как при нагружении тонких
слоев ударом пластичность замечается при	0,9.
Хотя обсуждение механических свойств в связи с значением
58
соответственной температуры затрагивает лишь общие черты
поведения ВВ и неясны пределы его применимости для раз-
ных ВВ (по-видимому, требуется учесть тип решетки, тип
связи и т. д.), все же общая тенденция несомненна, и,
может быть, небычное поведение дины каким-то образом
связано с высоким означением соответственной температуры.
Зависимость давления, при котором фиксируется взрыв,
от толщины заряда
Экспериментально полученная картина поведения ВВ (см.
рис. 13 и 14) в основном совпала с предполагаемой (см.
рис. 4), за исключением того, что давления Рвзр (средние
значения), при которых фиксируется взрыв, располагаются
нс в области, а с точностью до ошибки измерений ложатся
на кривую прочности. Давление, при котором происходит
переход от разрушения к взрыву, естественно ассоциировать
с критическим напряжением в приборе № 2 Ркр. В табл. 4
Таблица 4
Величины критических напряжений в приборе № 2
для различных ВВ
вв	Лер’10’3. кГ/см2	Лкр» мм
Тротил	-И	—0,08
Пикриновая кислота	—9,5	—0,11
Тетрил	-8,4	—0,12
Гексоген	7,0	0,25
Октоген	fi,4	0,43
Тэн	4,8	0,27
приведены измеренные значения Ркр и ЛЕр (толщина заряда,
при которой в приборе № 2 разрушение сменяется взрывом).
Для более точного определения Ркр и йкр число испытаний
в области перехода от разрушения образца к взрыву было
увеличено. На рис. 17 для примера представлены результаты
подобных измерений для гексогена; горизонтальной линией
показано выбранное значение для величины Ркр; как видно,
59
0,f 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,0 0,05 0,5 О, мм
Рис. 17. Разброс результатов измерений в области пере-
хода от разрушения к взрыву при двух скоростях удара
для гексогена
2,2 м/сек • — РНр, X—Рвзр; 4,4 м/сек: О“ %р, + —7ВчР
отклонение от него случаев взрыва (вниз) и случаев разре-
шения (вверх) относительно невелико (до 15 %); кривая
прочности перенесена с рис. 15.
Как показали опыты, величина Ркр, определенная таким
образом, не зависит в пределах ошибки измерений от дав-
ления прессования заряда (при одной и той же массе навески),
дисперсности ВВ и скорости груза при соударении. Для
иллюстрации независимости величины Ркр от скорости на
рис. 17 приведены данные измерений при двух скоростях
удара; 2,2 м/сек (77О = 25 см) и 4,5 м/сек (Но = 100 слг).
Если судить по разбросу, то точность приведенных в
табл. 4 величин близка к ±10%; знак «приблизительно»
стоит у тех ВВ, йкр которых мало, что затрудняет измере-
ния (столь тонкие слои не пропрессовываются) и точность
в этом случае хуже.
Сделаем пояснение относительно характера осциллограмм,
получаемых при разных толщинах заряда. При h</h^ за-
пись имеет вид, представленный на рис. 7, в, если энергия
удара позволяет достигнуть давлений, превышающих условие
60
прочности; в противном случае осциллограмма имеет такой
же вид, как при холостом ударе (см. рис. 7, а). Если h >•
^/iKp, то могут иметь место осциллограммы двух видов
(см. рис. 7, б, г): будет взрыв или нет, зависит от того,
окажется ли после разрушения (или нескольких разрушений)
и выброса части вещества оставшаяся толщина заряда
меньшей, чем Лкр, и если окажется, то хватит ли оставшейся
шерит удара (после сейсмических и других потерь), чтобы
превзойти условие прочности.
Заметим, что так называемая стандартная навеска
(0,050 г) соответствует в прессованном состоянии для
ор!анических веществ заряду толщиной /г^0,4 мм. Ска-
занное позволяет объяснить такой факт, встречающийся
г. практике испытаний: при ударе по снаряженному
прибору (навеска «стандартная») зафиксирован отказ,
при повторном ударе с той же высоты происходит взрыв.
При первом ударе энергия, оставшаяся после разруше-
ния (или нескольких разрушений), оказалась недоста-
точной, чтобы достигнуть предела прочности остаточно-
го слоя. При повторном ударе энергия вновь высока и
предел прочности остаточного слоя достигается.
Если для вторичных ВВ большую часть интервала
юлщин зарядов, в котором производились измерения
(0,1	лм^), занимают разрушения и тротил,
например, взрывает лишь при очень тонких зарядах, то
для инициирующих ВВ во всем этом интервале происхо-
дят взрывы: осциллограммы давления для тетразена и
I НРС всегда имеют вид, изображенный на рис. 7, в,
а для азида свинца и гремучей ртути — на рис. 7, б, что
связано, как уже говорилось выше, с разрушением дат-
чика при взрыве. На азиде свинца и гремучей ртути так-
жс можно получить осциллограммы типа показанной на
I не. 7, в, если использовать достаточно малые заряды
и между зарядом и датчиком помещать промежуточный
ро iiiK (или два): тогда при взрыве происходит разруше-
ние промежуточного ролика и датчик остается цел.
< редкие значения Рв3р в зависимости от толщины за-
ряда приведены в табл. 5 (значения РВЗр даны в тыс.
пглг).
Было проверено, что на эти значения, как и ранее,
не влияет давление прессования (при одной и той же
массе навески) и скорость груза при соударении. Влия-
ние дисперсности не изучалось.
61
Рис. 18. Зависимости средних давлений
при взрыве для инициирующих ВВ
а—азид свинца; • — ТНРС,  —тет-
Полученные значения Рвзр
для инициирующих ВВ,
как и в случае вторичных,
хорошо укладываются в
гиперболическую зависи-
мость от h типа (18):
р _ г> ( 1 I D \
г взр - I 1 П ~ >
V 3 /3 /г'
что показано на рис. 18.
Значение константы С для
каждого из инициирую-
щих также приведено в
табл. 5. Используя ана-
логию с вторичными ВВ
(см. рис. 13), можно было
бы эту константу толко-
вать как предел прочно-
сти, однако подобная за-
висимость может быть
Разен	связана не только с пре-
делом прочности, но и с
достижением напряжения, приводящего к определенной
(одной и той же при разных h/D) степени деформации,
так как для упрочняющегося тела зависимость напряже-
ния от деформации взаимооднозначна (монотонно воз-
растает).
Таблица 5
Средние значения давлений (в тыс. атм), при которых фиксируется
взрыв, в зависимости от толщины заряда (инициирующие ВВ)
вв	Толщина зарада Л, мм										С IO-», кГ/см2
	0,15	0,20	0,25	0,35	0.50	0,60	0,70	0,80	0,90	1,00	
Азид свинца	—	17,0	—	9,8	6,9	 —	5,6	—	5,1	5,0	1,55
ТНРС	—	—	11,6	7,5	6,1	5,3	—	4,0	—	3,7	1,22
Тетразен	10,2	—	7,1	4,8	3,6	3,4	—	2,4	2,2	2,2	0,75
Пока лишь можно утверждать, что предел прочности
инициирующих ВВ не меньше полученных значений кон-
станты С. Что касается величины критического напряжения
в приборе № 2 для этих ВВ, то она должна лежать ниже
62
измеренных значений Рвзр (см. табл. 5), если эта величина
вообще существует (этот вопрос связан с температурой
плавления инициирующих ВВ).
Выше говорилось, что экспериментально полученная
картина поведения ВВ в основном совпала с предполагаемой
(по крайней мере для вторичных ВВ), за исключением того, что
Р113р заполняют не область (см. рис. 4), а совпадают с
кривой прочности (см. рис. 13). Обратим, однако, внимание
на следующее: предполагаемая картина относилась к усло-
виям образования эффективного очага, а экспериментальная
картина построена по данным взрыва. Поэтому аналогию
между этими «картинами» можно проводить только в том случае,
если реальный период индукции мал настолько, что в условиях
удара можно пренебречь разницей между тем давлением,
когда эффективный очаг образовался, и давлением Рвзр, при
котором этот очаг воспламенился. Заметим также, что только
в этом случае можно интерпретировать минимальную вели-
чину Рвзр, которую обозначим через РВзр.мш!» как Ркр.
Поэтому перед обсуждением факторов, определяющих
возбуждение взрыва в приборе № 2 в свете полученных
результатов, рассмотрим вопрос о периоде индукции эффек-
тивного очага до взрыва.
§ 4. Критические условия деформации
Об адиабатическом периоде индукции
Осциллограммы давления (см. рис. 7, в) дают
время задержки взрыва от начала удара т3. Эго время при
сбрасывании груза с высоты 25 см и толщине образца
h ~ Лкр составляет для разных ВВ примерно 100 — 200 мксек.
11ри увеличении скорости удара, например в 2 раза (Яо =
100 см, минимальное давление Рвзр. мин (Л = Лкр), при
котором фиксируется взрыв, не изменяется (см. рис. 17),
а время задержки уменьшается до 50— 100 мксек. Следо-
вательно, период индукции в этих случаях по порядку
величины не превышает 10"4 сек.
Проведем более точный анализ. Используем для этого
осциллограмму давления в случае взрыва (см. рис. 7, в). Изме-
ним временную координату так, чтобы по новой координате
63
мость (кривая III) дважды пересекает кривую /, тогда
взрыв должен был бы произойти до того момента, когда
он реально произошел; и, наконец, зависимость адиаба-
тического периода индукции от температуры (кривая IV)
имеет одну общую точку с кривой I. Последний случай
единственно реальный при таком подходе. Из условий
касания кривой I—P = P(i') и зависимости Тад=тад (7)
имеем:
7 = 7ПЛ + ^Р j
Тад = - (Рззр - Р)	<2°)
dP'
Лад	dt'
ОС --— = ---- ,
dT	dP
о। куда легко получается, что
t’ — x3 — t(t—старая координата) момент взрыва был при
Г = 0, а начало удара при Г = т3, т. е. будем отсчитывать
время от момента взрыва к началу удара. На рис. 19 (кри-
вая /) схематически показана в новых координатах интере-
сующая нас часть осциллограммы давления (от начала
удара до момента взрыва при Рвзр). Теперь пусть при
любом давлении (для простоты будем считать, что давление
по всему ролику одинаково и равно среднему Р) возникают
горячие очаги, температура которых равна температуре плав-
ления при этом давлении, т. е. каждому значению Р соот-
ветствует определенная температура Т = Тпл = 7™ (Р). При-
мем приближенное соотношение для зависимости температуры
плавления от давления
Рпл(Р) = Т'пл + аР.
Каждому значению температуры Т в свою очередь от-
вечает определенное значение адиабатического периода
индукции Тад. Если нанести зависимость адиабитическо-
го периода индукции от температуры на тот же график
(см. рис. 19), то в принципе могут быть три случая: эта
зависимость (кривая //) не имеет общих точек с кри-
вой /, тогда не может быть и взрыва при /z = 0; зависи-
64
Рвзр —Р	RT2
Р	£(Т~Гпл)	’
ет2
ТаА	^Г-^пл)	Тз*
(21)
При получении этого результата использовано два пред-
положения:
1) давление по ролику одинаково, т. е. Р = Р;
2) температура горячего очага при любом давлении
равна соответствующей температуре плавления.
Первое предположение несущественно, так как результат
не изменяется, если истинное давление в очаге растет
пропорционально среднему, т. е. PllCT = kP(k— коэффициент
пропорциональности). Второе предположение явно неверно,
так как по нему уже в начале удара (начале деформации)
должен был бы образоваться очаг (очаги) с температурой,
равной нормальной температуре плавления, т. е. должен
был бы произойти мгновенный разогрев от То до 7ПЛ. По-
этому заменим это предположение другим, а именно: естест-
венно полагать, что разогрев увеличивается с увеличением
((‘формации и напряжений (следовательно, и Р) и достигает
шмпературы плавления лишь вблизи Рвзр. Возможная кине-
3 I. Т. Афанасьев, В. К- Боболев	65
j
тика разогрева при этом иллюстрируется на рис. 19 пунк
тирными прямыми. Для любой из таких прямых dT/dt'<
<С udP dt' (вообще говоря, прямолинейность их, пропорцио
налы-юсть роста температуры с уменьшением/ несущественна
важно лишь, чтобы это неравенство соблюдалось вблизи
Рнзр)< Теперь уже может осуществляться не только случаи
касания кривой зависимости адиабатического периода ин
дукции от температуры (IV) с кривой /, но и случаи
пересечения кривой этой зависимости (III) с кривой /, ле
жащей выше точки касания зависимости тад = тад(Т) с
пунктирными прямыми. Все они учитываются следующим
соотношением:
dx dt'
a —	—
dT dp
Заменяя последнее из выражений системы (20) на соотно
шение (22), получаем окончательный результат:
Рвзр — Р < RT2
—	С / 'Г' Т \ *	'
Р	Е(Т~ гпл)
RT*
ТаД	Тд.
Е(Т-ТПЛ
Следует подчеркнуть, что этот результат справедлив незави-
симо от того, происходит ли рост температуры в одном г
том же горячем очаге или в каждый следующий момент
образуются новые очаги с большей температурой. Полученный
результат относится ко всем случаям взрыва: как к Рвзр,
так икРвзр.мпн. Взрыв, как мы знаем, происходит, если
достигнута температура не меньше критической, т. е. при
Т^Ткр. Оценка по (23) показывает, что для большинства
вторичных ВВ от Т = Ткр и по крайней мере до Т =
= 1000 К в нашем случае (т3 = 10 4 сек.):
взр
взр>
ад
при ЭТОМ, в частности, Рвзр—РКр<0,1 Рвзр.ммн. Поскольку
(^взр — Р), а также (Рвзр.мин—Ркр) не превышают ошибки
измерений, то можно считать, что аналогия между экспе-
риментально полученной картиной поведения ВВ (рис. 13)
и предполагаемой (рис. 4) правомочна и что мы экспери-
66
ментально определили Ркр для различных ВВ (см. табл. 4).
Этот же факт может служить объяснением независимости
измеряемых величин Рвзр, в том числе и Рвзр. MWI ~ Ркр, от
скорости удара.
Условие прочности
После изложения экспериментальных результатов по
механическим свойствам ВВ, механике снаряженного
удара и средним давлениям, при которых происходит
разрушение Рпр или взрыв заряда Рвзр, обратимся опять
к предполагавшейся картине «поведения» ВВ в приборе
№ 2. При составлении этой картины мы исходили в це-
лях упрощения из представлений о механических свой-
ствах ВВ по результатам обычных (Л/Р^1) изотерми-
ческих испытаний и из решения задачи по изотермиче-
ской деформации тонкого диска. При этом мы заранее
были готовы встретиться в реальном случае со сколь
модно сильными отклонениями от предлагаемой карти-
ны из-за влияния неизотермнчности. И довольно неожи-
данным является то, что проведенные опыты не показали
никаких заметных эффектов пеизотермичностп, кроме
самого факта возбуждения взрыва. Действительно, хо-
рошо выполняется решение изотермической задачи;
энергия деформации заряда мала и к тому же опа либо
наполовину, либо почти вся упругая; кроме того, заря-
ды при нагружении ударом хрупко разрушаются, пре-
терпевая до разрушения деформацию, близкую к упругой.
Оценим тепловой эффект деформации, считая, что
упругая и неупругая деформации одного порядка, как
эю обычно имеет место для хрупких поликристалличе-
ских тел, т. е. е = 0,1 (в — относительная деформация).
Пусть деформация происходит при максимальном на-
пряжении, равном пределу прочности (сгПр= 3504-
— 1250 кПсм2)', температура, соответствующая такой
степени деформации, будет равна

(^ = 0,42/ нГм/кал — механический эквивалент тепла).
.V читывал, что эта оценка еще и завышена, можно сде-
3*
67
лать следующий вывод: предел прочности достигается
практически изотермически и взрыва до разрушения быть
не может. Вместе с тем выше мы видели, что взрыв про-
исходит до спада давления, являющегося результатом
разрушения или взрыва. Отсюда следует, что образова-
ние очага и взрыв происходят во время (в процессе)
разрушения. С этой точки зрения совпадение точек
взрыва с кривой прочности (см. рис. 13) представляет-
ся совершенно естественным.
Как было показано выше, период индукции в наших
опытах тад^10-5 сек. Каково же время разрушения?
Разрушение и движение вещества начинаются на сво-
бодной поверхности. Спад давления не может произой-
ти раньше, чем волна разрушения достигнет оси заряда.
Отсюда время разрушения не может быть меньше вре-
мени прохождения волны разрушения. Поскольку ско-
рость последней не превышает скорость звука (напри-
мер, трещины распространяются со скоростью в 2—3
раза меньшей, чем скорость звука), то время разруше-
ния в наших условиях (D = 10 мм) по порядку величи-
ны составляет 10-5 сек. Таким образом, период индук-
ции и время разрушения согласуются по порядку вели-
чины.
Интересно оценить величину деформации, необходи-
мую для образования критического разогрева: оценка
производится так же, по с той лишь разницей, что боль-
шие деформации принято характеризовать логарифмом
относительной деформации (логарифмическая дефор-
мация). Получаем следующее (заниженная оценка).
In е = jcp (Гкр -10 : 10.
%
Такая колоссальная деформация невозможна на хруп-
ких материалах. Имея в виду такую деформацию, сле-
дует думать скорее о жидкости, чем о гвердых телах.
Поскольку нас интересует вообще необходимый тепло-
вой эффект неупругой деформации, то для гвердых тел
существует только один такой процесс, который не ог-
раничен величиной деформации до пре ic.in прочности,
а именно, трение. Эти соображения в какой ю мере мо-
гут служить ориентиром при исследовании процесса ме-
ханического разогрева.
68
Таким образом, выяснено, что инициирование взрыва в
приборе № 2 осуществляется при прочностном разрушении,
если выполнено условие критических напряжений: Р > Ркр-
Обратимся снова к инициирующим ВВ. Теперь ясно, что
для них не только выполняется гиперболическая зависимость
Рвзр от h/D, но и то, что взрыв не мог произойти до того,
как начинается прочностное разрушение. Таким образом,
константа С в экспериментальной зависимости (19) является
не чем иным, как пределом прочности сгпр. Если теперь до-
пустить, что для инициирующих ВВ выполняется получен-
ная эмпирическая зависимость предела прочности от тем-
пературы плавления (как мы видели, она выполняется не
только для органических соединений): опр (кГ/см2) = 4,2 Тцл
( С), то она может быть использована для предсказания
их температур плавления. В табл. 6 приведены для ини-
циирующих ВВ пределы прочности, соответствующие им
температуры плавления и температуры вспышки при 5-се-
кундной задержке.
Таблица 6
Значения пределов прочности, температур плавления и вспышки
для инициирующих ВВ
вв	апр, кГ/см2	Л1Л- °с	т	°C
Азид свинца	1550	(370)	345
ТНРС	1220	(290)	265
Тетразен	750	(180)	154
Подобное предсказание температур плавления для
инициирующих ВВ, по-видимому, не может иметь хоро-
шую точность, хотя бы из-за того, что сама использо-
ванная эмпирическая зависимость дает разброс ±10%.
Тем не менее получившиеся значения температур плав-
ления прямых возражений не вызывают, так как все
они лежат выше температур вспышки. В дальнейшем,
обсуждая вопрос о существовании критических напря-
жений для инициирующих ВВ, мы будем ориентиро-
ваться на них как на возможные значения температур
плавления этих В В.
Имея в виду основную задачу этой главы — иссле-
дование критических условий возбуждения взрыва в
69
приборе № 2,— подвецем итоги результатов тензомет-
рических измерений. Эксперименты, поставленные в со-
ответствии с предполагаемой картиной «поведения» ВВ
(см. рис. 4), достаточно полно выяснили механическую
сторону этой картины. В отношении возбуждения взры-
ва эта картина получила конкретизацию: образование
локального разогрева и взрыв происходят в процессе
прочностного разрушения заряда. Показано, что крити-
ческими условиями возбуждения взрыва в приборе № 2
являются условия прочности:
П	( 1 I D \
* пр — С^пр 1 I	I
\	3 /3 h 1
и условие критических напряжений:
кр
Найдено, что величина критического напряжения в
приборе № 2 не зависит от скорости воздействия. Во-
прос о зависимости Ркр от /1 и h D остался открытым и
будет выясняться в следующей главе при разборе меха-
низма локального разогрева. Рассмотрим, в довершение
этой главы, причины вероятностного характера испыта-
ний ВВ на копре и получим с помощью определения ча-
стости взрывов некоторые дополнительные результаты.
§ 5. Частость взрывов
Кривые частости
Наиболее распространенным типом испытаний ВВ
на чувствительность является копровая проба, которая
заключается в следующем: задавая высоту падения
груза, находят, возбуждается ли взрыв при данной энер-
гии удара, или нет. Особенностью таких испытаний яв-
ляется то, что в некотором диапазоне при одной и той
же энергии удара встречаются случаи со взрывом и слу-
чаи без взрыва. Поэтому производят ряд опытов на каж-
дой высоте сбрасывания груза и определяют так назы-
ваемую чаСТОСТЬ ВЗрЫВОВ | = Л?взрМ» где Л/П;ф— число
взрывов, W— общее количество испытаний (обычно
/7 = 25). Зависимость [ от высоты сбрасывания //« (или
энергии улара IFq) называют кривой частости По-
скольку подход к возбуждению взрыва как к следствию
70
образования эффективного локального разогрева при
деформации заряда в целом не содержит никакого
вероятностного момента, то вопрос о вероятностном ха-
рактере испытаний вызывает особый интерес.
Вероя гностный характер испытании, по-видимому,
•связан с разбросом величин, определяющих возбужде-
ние взрыва. Естественно ожидать, что этот разброс под-
чиняется нормальному (гауссовскому) закону отклоне-
ния величин от их среднего значения. Кривые частости,
будучи построены в координатах частость, f — энергия
удара Wo, имеют несимметричную форму. В координа-
тах же f—	они приобретают симметрию и могут
быть описаны нормальным распределением вероятно-
стей. Это свидетельствует о том, что возбуждение взры-
ва при ударе определяется величинами, пропорциональ-
ными корню из энергии удара. Таких величин две: дав-
ление, развиваемое при ударе, и скорость груза в мо-
мент соударения. В результате тензометрических изме-
рении было показано, что критические условия возбуж-
дения взрыва в приборе № 2 связаны с давлением и что
от скорости удара они не зависят.
Обратимся к условию прочности, которое, как и ус-
ловие критических напряжении, является критическим
условием возбуждения взрыва. Поскольку взрыв ини-
циируется при прочностном разрушении, то разброс ве-
личин Рюр около их средних значений следует рассмат-
ривать как разброс прочности зарядов. Заметим, что от-
носительные отклонения измеряемых величин Рпр и
Рвзр от их средних значений примерно одинаковы при
любом h (см. рис. 15) и достигают довольно значитель-
ной величины (±25%). Таким образом, вероятностный
характер испытании объясняется разбросом прочности
зарядов. В свою очередь, однако, возникает вопрос о
причинах этого разброса. По-видимому, причиной раз-
броса является неоднообразие (термин Холево) изго-
товляемых зарядов, связанное с прессованием тонких
слоев. Действительно, если тонкие слои, с одной сторо-
ны, позволяют достичь высоких давлений на малопроч-
ной среде и поэтому необходимы для возбуждения взры-
ва, то, с другой стороны, тонкие слои препятствуют про-
прессовке заряда и получению зарядов хорошего каче-
ства (даже при очень высоких давлениях прессования
плотность остается примерно на 10% ниже плотности
।
71
монокристалла). Взаимообусловленность этих факторов,
по-видимому, и приводит к тому, что при всем разнооб-
разии методов испытаний мы везде сталкиваемся с ча-
стостью взрывов.
Рис. 20. Зависимости частости взры-
вов от энергии удара для октогена
при разных толщинах заряда
X—0,30 мм (/), О — 0,35 мм (II),
V — 0,40 мм (III)
Исходя из кривых прочности (и отвлекаясь при этом
от разброса) и критических условий возбуждения взрыва в
приборе № 2 (условие критических напряжений и условие
прочности), построим для этого прибора зависимость f =
= f (^о), причем пусть f принимает значение, равное едини-
це, если критические условия выполняются, и равное нулю
в противоположном случае. Такую зависимость назовем
идеальной и будем сравнивать ее с экспериментальной
кривой частости. Если энергия удара такова, что макси-
мальное давление при холостом ударе Р1П (см. рис. 9) мень-
ше, чем величина критического напряжения Ркр, то при
любой толщине заряда_ взрыва быть не должно. Если
энергия удара	(Ркр), то возможны два случая.
Первый случай — hKp (осциллограмма давления, см.
рис. 7, в). Взрыв должен происходить всегда, когда макси-
мальное давление холостого удара Рт больше, чем давление,
требующееся по условию прочности
т
D
пр — ^пр
3 уз li
тогда f = 1 при ^0>^о(^кР) и f = 0 при l£0 < №_о(Рпр).
Таким образом, используя зависимость Рвзр = Рвзр (ft)
(см. рис. 13) и IF0 = lF0(Pm) (см. рис. 9) для разных ВВ
72
и любого Л^йкр, можно найти граничное значение энергии
удара U70, при которой идеальная функция f скачком пере-
ходит от 0 к 1. Эти значения нанесены на рис. 20 пунк-
тирными вертикальными линиями. На этом же рисунке
даны экспериментальные точки по частости взрывов; кривые
частости нанесены сплошными линиями. Граничные значения
Го, найденные по результатам тензометрических измерений,
практически совпадают, как видно из рисунка, с точками
50% взрывов (/ = 0,5) на кривых частости.
Сделаем некоторые замечания о ширине кривых частости,
т. е. ширине области, в пределах которой частость изме-
няется от нуля (IFq — нижний предел кривой частости) до
единицы (11?о — верхний предел).
В идеальном случае \Vq = 1Г'о и равно вычисленному
граничному значению энергии удара. В реальном случае
Wo—lFo>O. Как уже говорилось, относительные отклоне
ния измерявшихся величин Рвзр и Рпр от их средних значе-
ний примерно одинаковы при любом h, поэтому при умень-
шении h и соответствующем возрастании Рвзр увеличиваются
абсолютные отклонения. Это обстоятельство вместе с тем,
что с увеличением максимального давления холостого удара
Рт уменьшается dPnl!dWQ (см. рис. 9), должны приводить
к увеличению ширины кривых частости Wo — с уменьше-
нием h. Приведенные на рис. 20 кривые частости хорошо
следуют такому выводу. Наименьшая ширина кривой частости
должна наблюдаться при h, = hKV,
Второй случай—h^>h^ (осциллограммы давления, см.
рис. 7, б, г). В этом случае при достижении давления Рпр,
определяемого условием прочности, условие критических
напряжений Р > Ркр не выполняется, так как при h hKp
Рпр<Ркр и происходит разрушение заряда, при котором
толщина заряда уменьшается до некоторой величины h±
(выброс части заряда) и энергия удара уменьшается на AW\
за счет сейсмических и других потерь. Уменьшенной энер-
гии удара (W"o — AU7X) соответствует и меньшая величина
максимального давления Рт, развиваемого при холостом
ударе. В случае hKp и Рт > Рпр(йх) > Ркр должен быть
взрыв, в случае /ц С йкр и Рт Рпр (йг) взрыва быть не
должно, в случае /i!>/iKP и Ли <5-Рпр (Л) не должно быть
73
ни взрыва, ни последующего разрушения; в случае ht^>hKV
и Рт > Рпр (^i) должно произойти второе разрушение, при
котором толщина заряда уменьшится до некоторого h2, а
энергия удара до (U70 — A— ДЦ72) и опять же возбужде-
ние взрыва должно зависеть от соотношения h2 и йкр, а
также Лд, Ркр и Рпр(й).
Какова бы ни была начальная толщина заряда, взрыв
может быть только при h^hw. Число разрушений образца
зависит от энергии удара, начальной толщины заряда, общей
длины роликов штемпель-ап парата и общего объема роликов.
Граничное значение энергии удара, при котором должен
быть скачок идеальной функции f от нуля до единицы,
может быть найдено следующим образом:
Рт = Pm	- AU7t - ДU/2 -.. . -MVn) =Рпр (hn) > Ркр, (24)
причем
^п—1	АкР*
Для нахождения граничного значения Ц70 требуется
иметь довольно большое число побочных зависимостей,
которые отдельно не изучались. Из большого числа осцил-
лограмм давления и рассчитанных из них диаграмм Р — &hL
следует, что изменения ДЛ/ и ДЦ7,, происходящие при каж-
дом разрушении, имеют значительный разброс. Поэтому кривые
частости, обусловленные именно разбросом, в области h^>
>hKp должны быть весьма широки, во всяком случае шире,
чем при h = йКр. Действительно, испытания вторичных ВВ
при «стандартной» навеске (50 мг), которой приблизительно
соответствует h = 0,4 мм прессованного заряда (как мы
видели у всех испытанных вторичных ВВ, кроме октогена,
йкР<Г0,4 мм), дают довольно растянутые кривые частости,
и для ряда ВВ вообще трудно получить высоту
сбрасывания, при которой наблюдается 100% взрывов (/ = 1),
впрочем последнее связано с аномалией кривых частости.
В табл. 7 и на рис. 21 представлены данные по частости
взрывов для некоторых ВВ.
Кривая частости для октогепа при толщине заряда
0,5 мм приведена в качестве примера нормального хода
кривой частости. Тротил, тетрил и даже гексоген явля-
ются случаями аномалии, так как, увеличивая энергию
удара, мы должны всегда, согласно выражению (24),
получить f=l. Тем не менее тетрил, начиная взрываться
после энергии удара Wq= 1,5 кГм, при увеличении энер-
гии не дает никакой кривой частости, часюсгь взрывов
74
независимо от энергии удара колеблется между 0 и 0,24.
Тротил же вообще не взрывается в приборе № 2 при
«стандартной» навеске, хотя осциллограммы давления
показывают, что при высоких энергиях удара как для тро-
Рис. 21. Зависимости частости взры-
вов от энергии удара для тетрила
( 1) и гексогена (д) при толщине
заряда 0,4 .ил и для октогена (О?
при толщине заряда 0,5 мм
тила, так и для тетрила после всех разрушений достига-
ются давления, значительно превышающие РКр . Объяс-
нение этой аномалии будет предложено в следующей
главе.
Таблица 7
Процент взрывов для гексогена, тетрила и тротила
при «стандартной» навеске (50 мг и Л^0,4 мм) и для октогена
(Л—0,5 мм) 
Энергия удара, кГм	Октоген	Гексоген	Тетрил	Тротил
0,5	0	0	—	—
0, (j	0	—	—	—
0,8	12	—	—	—
1,0	48	20	—	0
1,5	68	36	—	—
2,0	—	48	—	—
2,5	96	52 и 68	16 и 0	0
3,0	100	64	4	—
3,5	—	72	16 и 0	—
4,0	100	84	8	—
4,5	—	—	16 и 4	—
5,0	—	80	—	—
5,5	—	—	24	—
6,0	—	92	8	—
6,5	—	—	16	—
10,0	—	—	—	0
75
Рассмотрев поведение идеальной функции
и реальных кривых частости в двух случаях Ло /гкр и
Л>Акр, можно отметить хорошее согласие между ними
и сделать вывод относительно ширины вероятностной
области: наименьшая ширина этой области должна быть
при й0=Акр.
Изменение частости взрывов с толщиной заряда
Так как толщина заряда h (отношение h/D) при возбуж-
дении взрыва в приборе № 2 играет во многом определяю-
щую роль, то представляет интерес исследовать зависимость
f = f(h) при постоянной энергии удара. Исходя, как и
ранее, из критических условий возбуждения взрыва при
ударе в приборе № 2, построим идеальную зависимость
/ = /(/г), причем /=1, если критические условия выпол-
няются и / =0 в противоположном случае. Пусть затем
энергия удара такова, что максимальное давление при холо-
стом ударе Ptn больше, чем Ркр. Тогда для
ЗГЗ (Рт-апр)
условие прочности не достигается и f =0 (рис. 22). При
некотором ft2>/iKp рассматриваемая функция также обращается
в нуль, ибо чем больше /г, тем больше разрушений, и, сле-
довательно, больше сейсмические п другие потери. Возра-
стание потерь энергии при увеличении h должно привести
Рис. 22. Идеализированная зависимость частости
взрывов от толщины заряда при постоянной «мер-
Iии удара
76
Рис. 23. Зависимости частости взрывов от толщи-
ны заряда при одной и той же энергии удара
(2,5 ъ- Г.и для разных В В
□ — октоген; X —гексоген; А —тетрил; О— пик-
риновая кислота; 4------------тротил
к тому, что (24) не выполнится, и тогда f =0. Ожидаемая
зависимость f = f (К) при постоянной энергии удара пред-
ставлена на рис. 22. (Эта зависимость упрощена в области
где она должна принимать дискретный характер.)
Экспериментальные значения частости взрывов при разных
толщинах заряда даются для октогена, гексогена, тетрила,
пикриновой кислоты и тротила в сводной табл. 8 и па рис. 23;
при этом энергия удара постоянна и равна 2,5 кГм.
При уменьшении энергии удара, как это следует из пред-
шествующего объяснения, область	где f =\,
должна уменьшаться и в пределе /ц—>Лкр и /ц—>йкр. Экс-
периментальные зависимости f = f (h) при разных энергиях
удара показаны на рис. 24 (октоген). Соответствующие дан-
ные помещены в табл. 8.
Как видно из рис. 23 и 24, эксперимент хорошо под-
тверждает развиваемые представления: максимум частости
наблюдается при тех же величинах йкр, которые были опре-
делены выше тензометрическим методом (рис. 13). В пределе
минимальная энергия, которая еще способна возбудить
взрыв, должна быть такова, чтобы соответствующее ей
максимальное давление Ргп (см. рис. 9) было бы равно Ркр.
77
Рис. 24. Зависимости частости взрывов от толщины
заряда для октогена при разных энергиях удара
□ — 2,5 кГм; & — 1,0 кГм; О — 0,8 кГм
Этот предел характеризуется тем, что величина критичес-
кого напряжения Ркр равна давлению по условию проч-
ности, т. е. для йкр получаем выражение1
3/3 (Ркр-Опр)
(25)
При этом в идеальном случае для всех /i>ftKp и /i<^/tKp
f =0, и взрыв возбуждается только при h = hKp.
Рассмотрим теперь, как влияет на возбуждение взрыва
в приборе № 2 начальная температура. Мы видели, что
максимум частости взрывов находится в точке h = h[<p
(см. рис. 24). С увеличением начальной температуры hKp
будет уменьшаться, согласно (25), так как предел проч-
ности с температурой падает. Это должно привести к тому,
что кривые f = f(h) будут смещаться в сторону меньших А,
т. е. частость взрывов должна возрастать для h<Zhl<p и
падать для	Нами была определена зависимость
частости взрывов от толщины заряда для октогена при нор-
мальной температуре и 130 С (Ц70 = 1,0 кГлг, см. табл. 8).
1 Выражение (25) справедливо,
если РкР^ 2,6 Опр.
78
79
f
Рис. 25. Зависимости частости взрывов от тол-
щины зарода для октогена при разных на-
чальных температурах (энергия удара 1.0нГл)
Д — 20°С; О — 130°С
Результаты приводятся на рис. 25 и полностью подтверж-
дают сделанное заключение о влиянии начальной темпера-
туры. Другим подтверждением могут служить опыты
Васильева [36], в которых для вторичных ВВ наблюдалось
падение частости взрывов с увеличением температуры
в приборе № 2 при «стандартной» навеске (50 мг). Таким
образом, изменение частости взрывов в приборе № 2 при
изменении начальной температуры связано только с измене-
нием прочности ВВ.
Таблица 9
Значения толшнн зарядов /гкр (в мм), при которых
происходит переход от разрушения к взрыву (прибор № 2)
ВВ	По измерениям давления	По пику частости
Октоген	0 43	0,42—0,43
Гексоген	0,25	0,25
Тетрил	-0,12	-0,10—0,13
Тэн	0 27	0,27
Тротил	-0,08	— 0,10
Сравним результаты, полученные двумя независимы-
ми методами: определением частости взрывов и пзмере-
80
ния давления. В табл. 9 приводятся величины /?кр, при
которых наблюдается пик частости взрывов (см. рис. 23
и 24). Как видно, расхождение результатов двух незави-
симых методов не превышает ошибки тензометрических
измерений. Поско льку определение частости взрывов
производилось при большем числе испытаний, чем изме-
рение давления, то хорошее согласие результатов, полу-
ченных тем и другим методами, дает дополнительное
подтверждение критическим условиям возбуждения
взрыва в приборе № 2
Выводы
Ограничение периода индукции очагового теплового
взрыва временем удара (10 3сек.) позволяет оценить
критические температуры разогрева. Составляя для
большинства вторичных ВВ 400—600еС, они намного
превышают их температуры плавления. Поэтому для
образования эффективной «горячей точки», согласно по-
ложению о плавлении как границе локального разогре-
ва, требуется приложение высоких давлений (порядка
104 кГ/см2). Из-за малой прочности вторичных ВВ (по-
рядка 102 кГ/см2) получить такие давления при неупру
гой деформации можно только в особых условиях, наибо-
лее распростране-нным примером которых могут служить
условия деформации в тонких слоях. Характерно, что
во всех методах, предлагавшихся для испытаний ВВ на
чувствительность, осуществляется именно деформация
в тонких слоях.
Измерения давления при ударе по тонкому слою
(прибор № 2) показали, что все испытанные ВВ (тро-
тил, пикриновая кислота, тетрил, тэи, гексоген, октоген)
и инертные органические вещества после деформации,
близкой к упругой, испытывают прочностное разрушение,
которое сопровождается выбросом части вещества из
области сжатия и резким спадом давления. Средние зна
чеиия давлений Рпр, при которых происходит разруше-
ние образцов, хорошо описываются гиперболической
зависимостью
-^пр O’-р I 1
3^3 hJ
81
где Опр—предел прочности; Л и 1>— высота и диаметр
образца.
Эта зависимость аналогична зависимости, применяю-
щейся в теории обработки металлов давлением для пла-
стического тела. Если РПр превосходит некоторую кри-
тическую величину Р кр (критическое напряжение з
приборе № 2), то вместо разрушения фиксируется взрыв.
Средние значения давления Р зр, при которых фиксиру-
ется взрыв, хорошо описываются той же зависимостью.
Объяснением этому служит то, что образование локаль-
ных разогревов и возбуждение взрыва происходят в про-
цессе прочностного разрушения заряда.
Обработка экспериментальных записей давления в
случае взрыва методами теории теплового взрыва по-
зволила оценить период индукции самовоспламенения
«горячей точки»: по порядку величины он не превышает
10 5 сек. (соответствующий критический размер «горя-
чей точки» составляет 10 4 см).
С помощью полученных критических условий воз-
буждения взрыва — условия прочности и условия кри-
тических напряжений — простое объяснение получили
наблюдающиеся зависимости частости взрывов от энер-
гии удара, толщины заряда и начальной температуры.
ГЛАВА II
МЕХАНИЗМ РАЗОГРЕВА ВВ
ДО КРИТИЧЕСКИХ ТЕМПЕРАТУР
§ 1.	О неизометрической деформации
пластических теп
В предыдущей главе было выяснено, что эффектив-
ный локальный разогрев при возбуждении взрыва
ударом в приборе № 2 может образоваться только в про-
цессе прочностного разрушения, если удовлетворяется
условие критических напряжении. На данном этапе изу-
чения естественно исследовать более широкий вопрос,
а именно, как вообще при разрушении твердого тела
может образоваться разогрев с температурой, равной
(или приблизительно равной) температуре плавления.
Такого вопроса, как и вообще вопроса о неизотермиче-
ских эффектах при разрушении, связанных с неунругой
деформацией, в литературе по прочности не ставилось.
Исследование в области разрушения твердых гел (глав-
ным образом металлов) ведется экспериментальными
способами, при этом в основном изучается характер по-
верхностей разрушения в тех условиях, которые экспе-
риментально наиболее обозримы, чаще, всего при растя-
жении (разрыве). В таких условиях нензотермическне
эффекты, по-видимому, незначительны, хотя, как уста-
новлено, разрушение не может быть абсолютно хрупким:
на поверхности разрушения всегда имеются следы пла-
стической деформации.
Существующие теории прочности процесса разруше-
ния не рассматривают, они определяют лишь момент,
когда оно должно начаться. Подобные работы для инте-
ресующего нас вопроса ничего не дают. Обычно прини-
маемые условия прочности по форме аналогичны усло-
виям текучести, используемым в теории пластичности:
последняя же, однако, находит не только то, как и где
83
они достигаются, по главным ооразом рассматривает
протекание пластической деформации при действии этих
условий. Пластическое течение и последующее разруше-
ние в твердых телах методами теории пластичности ис-
следовалось Томасом [77] (подход, конечно, был изотер
мический); при этом за поверхность разрушения прини-
мались незатухающие разрывы скольжения (поверхно-
сти разрыва скоростей деформации). Поставленные
затем эксперименты хорошо подтвердили сделанные
расчеты. Поступим в какой-то мере так же, а именно:
будем искать интересующие нас неизотермические эф-
фекты (и 'необязательно при разрушении), рассматри-
вая поведение пластических сред. Это, с одной стороны,
придаст рассуждению общность и, с другой стороны,
позволит воспользоваться результатами области, хоро-
шо разработанной теоретически.
Остановимся прежде всего па причинах локальности
разогрева и, в частности, па том, насколько обязатель-
ным является случай именно локального разогрева. Ра-
зогрев должен происходить тогда, когда тепло, выделя-
ющееся при -пластической деформации, не успевает
отводиться из зоны деформации. К локальности разо-
грева должна приводить неоднородность деформации
по объему деформируемого тела. Таким образом, в ус-
ловиях достаточно быстрой деформации причины неод-
нородности пластической деформации суть причины ло-
кальности разогрева. Равномерный же разогрев долже i
получаться при однородной деформации. Возможных
случаев однородной деформации, кроме тривиального и
не интересного для нас случая упругого всестороннего
сжатия (растяжения), всего три: простое растяжение,
простое сжатие и чистый сдвиг. Обсудим, в каких из
этих случаев деформация различных пластических тел
действительно однородна.
Описание упруго-пластических деформаций теория
пластичности производит с помощью двух моделей:
идеалыю-пластического тела и упрочняющегося тела, ко-
торыми охватываются пластические свойства реальных
материалов. Вид зависимости между напряжением а и
деформацией е для этих тел при простом (одноосном)
сжатии — растяжении представлен на рис. 26, а. При
нагружении этих тел сначала происходит упругая де-
формация. После того как величина напряжения дости-
84
Рис. 26. К обсуждению поведения пластических
ic.i при нензотермической деформации
гает значения n = os, дальнейшая деформация идеально-
пластического тела протекает .при постоянном напряже-
нии, равном пределу текучести cfs, а упрочняющегося тела
при возрастающем напряжении вследствие роста (пре-
дела текучести с деформацией (скорость роста предела
текучести с деформацией D=dcld& называют модулем
пластичности). Модуль пластичности D, будучи характе-
ристикой пластических свойств тел (для упрочняющегося
тела £)>0, для идеально-пластического £) = 0), может
быть также использован в качестве величины, характе-
ризующей способность различных тел к однородной де-
формации (заметим, кстати, что упругое тело может рас-
сматриваться как предельный случай упрочняющегося
тела при D = E). Переход от однородной деформации к
неоднородной связан с неустойчивостью деформации,
причем модуль пластичности, по Качанову [78], является
показателем пластической «устойчивости» материала.
Родственной к задаче исследования устойчивости дефор-
мации является задача исследования единственности ре-
шения [79] (в том и в другом случае рассматриваются ва-
риации от решения по деформациям); при этом зачастую
отсутствие единственности решения ведет к неустойчи-
вости. Используя это обстоятельство, систематизируем
различные тела по однородности деформации в зависи-
мости от величины модуля пластичности (рис. 26, а).
D — E, чисто упругая среда, решение всегда единст-
венно, во всех трех случаях (простое растяжение, про-
стое сжатие, чистый сдвиг) деформация однородна;
85
E>D>0, упрочняющаяся среда; для нее остается
справедливым все то, что сказано относительно упругой
среды, за исключением случая простого растяжения;
в случае растяжения при I деформация неустой-
чива— образуется шейка и деформация становится не-
однородной [80];
D = 0, идеально-пластическое тело; в общем случае
единственность решения отсутствует, что является суще-
ственным затруднением в теории идеально-пластической
среды [81]; в случах простого растяжения и чистого сдви-
га пластическая деформация неустойчива и неоднород-
на; устойчивость и однородность сохраняются лишь в
случае простого сжатия.
£><0, если бы существовала такая среда, то ее, по-ви-
димому, следовало бы назвать разупрочняющейся;
из примеров вышеперечисленных сред следует, что чем
меньше D, тем меньше остается случаев однородной де-
формации; очевидно, что разучтрочняющаяся среда абсо-
лютно неустойчива и деформация ее во всех случаях не-
однородна; для такой среды следует ожидать эффектов
самоопропзвольного развития деформации (например
при задании «мертвой» нагрузки).
Итак, мы обсудили неоднородность деформации тел,
характеризующихся разными значениями модуля пла-
стичности, используя результаты, полученные изотер-
мической теорией пластичности. Основываясь па изло-
женных выводах, рассмотрим возможность осуществле-
ния однородной неизотермической деформации. При
этом к использованным моделям тел нужно сделать то
дополнение, что пластические свойства существенно за-
висят от температуры: предел текучести уменьшается с
ростом температуры. Если в изотермических условиях
скорость деформации была несущественна, то при не-
изотермической деформации скорость процесса играет
решающую роль, так как сама неизотермнчность возни-
кает тогда, когда тепло не успевает отводиться из зоны
деформации. При этом во всех случаях, когда изотер-
мическая деформация была неоднородна, должны обра-
зоваться локальные разогревы. Что же будет со случая-
ми, однородными '.при изотермической деформации? Оче-
видно, что при однородной деформации, если тепло,
выделяющееся при пластической деформации, не отво-
дится (адиабатические условия), то происходит равпо-
86
мерное по образцу повышение температуры и уменьше-
ние предела текучести с деформацией. Зависимости
напряжения от деформации для пластических тел в адиа-
батических условиях показаны пунктиром иа рис. 26, б.
Для того тела, которое при изотермической деформации
было идеально-пластическим (кривая Г) в адиабатиче-
ских условиях после упругого участка деформации сра-
зу наступает разупрочнение (кривая Г), а для того, ко-
торое было упрочняющимся (кривая II), разоупрочне-
ние наступает после некоторого (до точки Л1) участка
деформации! с упрочнением (кривая 1Г). С переходом к
разупрочнению деформация, как мы знаем, должна
становиться неоднородной. Если выделяющееся тепло
частично отводится, то деформация также неоднородна
в силу появления пластической неоднородности самой
среды (в разных точках тела из-за (неравномерного рас-
пределения температуры предел текучести разный).
Таким образом, мы получили, что пеизотермичсская
деформация тела, идеально-пластического в изотерми-
ческих условиях, всегда неоднородна; что же касается
иензо термической деформации тела, которое в изотерми-
ческих условиях было упрочняющимся, то случай одно-
родной деформации может осуществляться при адиаба-
тической деформации только до точки Л! (см. рис. 26,6),
после прохождения точки Л'1 деформация всегда неодно-
родна. Поскольку нас интересуют разогревы, близкие к
температуре плавления, с 'приближением к которой пре-
дел текучести стремится к пулю, то ясно, что для полу-
чения такого разогрева точка М должна быть пройдена.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что пласти-
ческая деформация, приводящая к интересующему нас
разогреву, всегда неоднородна и, следовательно, разо-
грев при деформации пластических тел может происхо-
дить только локально.
Продолжая обсуждение неизотермической деформа-
ции пластических тел, заметим, что установление обяза-
тельности локального случая разогрева не дает еще конк-
ретных сведений о механизме разогрева и ничего не го-
ворит, в частности, о размере зоны разогрева. Характер
локализации деформации, по-видимому, может быть
различным в зависимости ог геометрических, динамиче-
ских п кинематических условий деформации [75, 76].
Хиализ этих вопросов упирается, однако, в чрезвычаи-
87
Рис. 27. Иллюстрация к обсуждению механизма
разогрева среды при сдвиге
ные трудности, что связано, как говорилось выше, с не-
развитостью теории неизотермических деформаций.
Ограничиваясь качественным подходом, рассмотрим ча-
стный случаи неизотермической деформации пластиче-
ских тел—деформацию при сдвиге. Рассуждение при
этом будет иллюстрироваться рисунком 27.
Обратимся сначала к идеально-пластическому телу.
Поскольку из изотермической зависимости напряжения
от деформации (см. рис. 26, кривая /) непосредственно
следует только адиабатическая зависимость между
геми же величинами (см. рис. 26, кривая Г), то в пер-
вую очередь остановимся на следующем вопросе: воз-
можен ли адиабатический случай деформации при сдви-
ге— случай, когда скорость деформации и размер зоны
деформации таковы, что теплоотводом можно пренеб-
речь. Для начала рассуждения предположим, что адиа-
батичность процесса выполняется. Тогда идеально-пла-
стическое тело в адиабатическом случае (см. рис. 26,
кривая Г) деформируется до т5=Ох/уЛ3 упруго, а затем
пластически с отрицательным модулем пластичности,
т. е. подобно разупрочняющейся среде. В пределах упру-
гости деформация однородна и тепловыделение отсутст-
вует. На рис. 27 изображен сплошными линиями
(ABCD) максимальный упругий сдвиг (напряжение при
этом равно пределу сдвига ts). Дальнейшее увеличение
деформации сдвига должно перевести образец в пласти-
ческое состояние. Пластическая деформация, однако,
будет происходить неустойчиво и неоднородно, так как
любое увеличение сдвига, скажем в области около по-
верхности EF, вызывает местное разупрочнение (пони-
жение продела сдвига), ввиду чего вся последующая
пластическая деформация сосредотачивается в этой
области.
88
При прогрессивном уменьшении предела сдвига в
области пластической деформации остальная часть
образца (вне этой области) не может находиться под
большим напряжением, в пей должна происходить само-
произвольная упругая разгрузка; при этом потенциаль-
ная энергия, запасенная в образце при упругой дефор-
мации, реализуется в работу пластической деформации,
локализованной в области около EF. Для иллюстрации
пластической неустойчивости деформации (область EF
может образоваться и развиться в любом сечении образ-
ца) рис. 27 дан в двух вариантах (а п б). Обращаясь
теперь к области пластической деформации (области,
расположенной «около» некоторой поверхности EF) и
применяя к ней предыдущее рассуждение о неустойчи-
вости деформации, мы должны прийти в конечном итоге
к тому, что вся пластическая деформация сосредоточена
вдоль поверхности ЕЕ (именно так и изображено на
рис. 27). Тогда поверхность EF является поверхностью
разрыва скоростей деформаций и плоским источником
тепловыделения.
Плоский источник тепловыделения не может нахо-
диться в адиабатических условиях. II хотя разрыв в
скоростях деформации происходит физически не вдоль
поверхности, а вдоль слоя конечной толщины, где имеют
место большие деформации сдвига, все же процесс теп-
ловыделения. по-видимому, не может идти адиабатиче-
ски, так как этот слой считается чрезвычайно малым по
толщине [78]. Таким образом, мы пришли к противоре-
чию: 'предполагая адиабатичность деформации, нашли
неоднородность деформации, масштаб которой несовме-
стим с требованием адиабатичности. Что же изменится,
если снять требование адиабатичности и учесть теплоот-
вод? Несмотря на ряд усложнений, общие, черты процес-
са должны сохраниться. Так, температура должна быть
максимальна (и, следовательно, предел текучести мини-
мален) в том месте, где действует источник; также
должна происходить самолокализация деформации в
некоторой плоскости EF с переходом упругой энергии
образца в работу пластической деформации на разрыве.
Однако разупрочнение из-за действия теплоотвода
должно быть более слабым, и соответствующая кривая
зависимости напряжения от деформации должна распо-
лагаться между кривыми I и I' (см. рис. 26, б).
89
Таким образом, теплоотвод «смягчает» процесс.
Важной особенностью процесса является его самопроиз-
вольность, которая заключается в том, чго после дости-
жения предела текучести в дальнейшем он может разви-
ваться самостоятельно без работы внешних сил; при
этом энергетическим источником разогрева служит
упругая энергия, запасенная в образце. Температура
разогрева должна определяться зависимостью предела
текучести от температуры, величиной запасенной упру-
гой энергии и теплоотводом.
Обратимся теперь к среде, упрочняющейся в изотер-
мических условиях деформации (см. рис. 2(5, кривая It).
Адиабатическая зависимость напряжения от деформа-
ции показана на рис. 26,6 пунктиром (кривая // ). При
достаточно быстром сдвиге деформация будет близка
к адиабатической и тогда вплоть до точки Л/ она будет
однородной (£)>0). После точки М (£><0) должен раз-
виться такой же процесс, как только что рассматри-
вался. Таким образом, этот процесс является общим для
всех пластических тел. Заметим, что для такого процесса
требуется отсутствие растягивающих напряжений в на-
правлении, перпендикулярном EF, чтобы па разрыве не
образовалась трещина; сжатие, наоборот, препятствует
образованию трещин [82]. Условия деформации па раз-
рыве можно рассматривать аналогично трению: трение
пластических тел и пластическую деформацию на по-
верхностях скольжения, как отмечалось Дерягиным [83].
следует рассматривать как единый процесс трения-
скольжения.
Таким образом, из качественного анализа деформа-
ции пластических тел при сдвиге вытекает представление
о новом, существенно неизотермическом типе процесса,
который возникает из-за неустойчивости деформации и
приводит к образованию разрыва скоростей деформа-
ций; процесс обусловлен падением предела текучести с
ростом температуры и развивается самопроизвольно с
переходом упругой энергии в работу пластической де-
формации. Количественное описание процесса (даже
при простейшей идеализации) сталкивается с трудно-
стями исследования сложного нелинейного уравнения.
Поскольку речь идет о новом процессе, то, -по-види-
мому, не лишним будет -сослаться на другой процесс, где
наблюдаются сходные явления,— образование и разви-
90
тие шейки при испытании пластичных металлов на рас-
тяжение. Шейка образуется в любом месте растягивае-
мого образца, когда нарушается устойчивость деформа-
ции. Дальнейшая пластическая деформация концентри-
руется в шейке. При этом также наблюдается эффект
самопроизвольного перехода упругой энергии, запасен-
ной в образце, в работу пластической деформации шей-
ки. Этот эффект тем сильнее, чем длиннее, растягиваемый
образец [84], и при достаточно длинном образце процесс
должен быть полностью самопроизволен: образование
шейки и разрыв образца должны происходить без увели-
чения общей деформации образца (без дополнительной
работы внешних сил) [85]. Локализация пластической
деформации как при неизотермическом сдвиге, гак и в
шейке при растяжении вызвана местным понижением
необходимого усилия деформирования, однако при не-
изотермическо.м сдвиге «причиной такого понижения явля-
ется падение предела текучести с ростом температуры, а
при растяжении — уменьшение поперечного сечения об-
разца. Заметим кстати, что деформация в шейке сопро-
вождается зачастую заметным разогревом, который,
однако, ограничен величиной деформации шейки до раз-
рыва.
Обсуждение идеализированных моделей пластиче-
ских тел, допускающих бесконечную пластическую де-
формацию, имеет для пас служебное значение, так как
эти модели далеки по -свойствам от твердых ВВ. Тем не
менее в результате этого обсуждения удалось хотя бы
качественно подойти к малоизученным вопросам неизо-
термической деформации и выявить новый механизм ло-
кального разогрева. Используя представления об этом
механизме, рассмотрим далее, разрушение хрупкого тела
при сдвиге.
§ 2.	Описание механизма разогрева
Если при сдвиге (см. рис. 27) достигнут предел проч-
ности тпр то образуется поверхность разрушения, напри-
мер, плоскость ЕЕ. При дальнейшем сдвиге (за счет теп-
ловыделения на этой плоскости при трении н местного
повышения температуры) предел прочности понижается
и становится меньше, чем предел прочности в остальной
части образца. Остальные части образца должны упруго
разгрузиться до меньшего напряжения, равного пределу
91
прочности на плоскости EF, так как образец не может
находиться при разных напряжениях (нарушено равно-
весие сил). Освобождающаяся при этом упругая энер-
гия должна перейти в работу трения на той же плоско-
сти, что вызовет еще большее снижение предела прочно-
сти, снова потребуется упругая разгрузка остальной
части образца и т. д. Этот процесс непрерывен и развива-
ется самопроизвольно. Упругая энергия при этом пере-
ходит в работу трения до тех пор, пока не достигнута
температура плавления и не образовалась жидкая фаза,
после чего упругая энергия переходит в работу дефор-
мации вязкой прослойки. Выделяющееся при вязкой де-
формации тепло приводит к прогрессивному плавлению
па границах жидкой и твердой фаз и тем самым к увели-
чению жидкой прослойки. Процесс заканчивается, когда
будет израсходована вся упругая энергия образца, а так-
же та се часть, которая перешла в кинетическую энер-
гию относительно движения верхней и нижней частей
образца. Поскольку кинетическая энергия тоже должна
перейти в работу деформации расплавленной прослойки,
то при подсчете баланса энергий ее можно отдельно не
учитывать и считать, что общее количество тепла, выде-
лившееся при разных видах неупругой деформации (тре-
ние, течение вязкой жидкости), просто равно упругой
энергии, запасенной образцом при сдвиге. Сделаем не-
сколько замечаний о роли всестороннего сжатия в рас-
сматриваемом процессе Упругая энергия всестороннего
сжатия не дает вклада в разогрев. Однако наличие все-
стороннего сжатия имеет значение, так как, во-первых,
оно препятствует образованию трещины, во-вторых,
удельная сила трепня равна тПр, если нормальное напря-
жение превосходит огПр, и, в-третьих, от давления всесто-
роннего сжатия зависит температура плавления.
Изложенный процесс достаточно хорошо отвечает
требованиям к механизму разогрева твердых ВВ, -полу-
ченным выше. Кроме того, что процесс происходит после
достижения пречела прочности, он связан с трением и
деформацией жидкости, на которые указывалось выше
(см гл. I, § 4, стр. 68), как на единственные возможно-
сти получить требующиеся температуры разогрева за
счет неупругой деформации. Трудности строгого количе-
ственного подхода к такому процессу еще более велики,
чем в случае пластических тел, так как появился но-
92
вый фактор — плавление и вместе с ним следующее про-
тиворечие. согласно модели вязкой жидкости, напряже-
ние на сдвиг пропорционально коэффициенту вязкости и
градиенту скоростей, т. е. при тонкой прослойке это на-
пряжение заведомо больше, чем предел прочности твер-
дой фазы, который не зависит от скорости и обращается
в нуль при температуре плавления; таким образом, как
бы получается, что легче разрушаться твердой фазе, чем
сдвигаться жидкости, и неясно, как может образоваться
жидкость. Не вдаваясь подробно в это противоречие, ко-
торое связано с тек, что процесс оказался на стыке двух
разных моделей — вязкой жидкости и твердого тела (мо-
жет быть здесь в какой-то степени применимы представ-
ления о граничной смазке, но явление ко всему прочему
осложняется фазовым переходом), заметим только, что
вблизи поверхности раздела твердая фаза, вероятно,
разрушается и «диспергируется» в жидкость. Тогда пе-
регрев жидкой фазы относительно температуры плавле-
ния должен быть невелик, так как тепло, выделяющееся
при вязкой деформации, расходуется на плавление дис-
персной (твердой) фазы, распределенной в жидкости.
Если передача тепла в твердую фазу (как дисперсную,
так и граничащую с зоной вязкой или вязкопластической
деформации) должна осуществляться теплопроводностью,
то теплопередача в быстродсформирующейся жидкости,
по-видимому, производится конвекцией, чго способствует
выравниванию температуры в зоне ^формации. Эти
соображения о причинах, препятствующих перегреву
жидкой фазы относительно температуры плавления, мо-
гут рассматриваться, если принять во внимание столь
сложный характер процесса, только как предположения,
имеющие интерес в связи с положением о температуре
плавления как границе разогрева. Что же касается воз-
можности образования жидкости в разбираемом процес-
се, то достижимость температуры плавления следует из
опытов по трению металлов [28] а возможность самого
плавления при трении —из хорошо известного процесса
сварки металлов трением [86, 87]. Заметим, что, привле-
кая в качестве аналогии сварку металлов трением, мы
обходим физические сложности разбираемого процесса
строгой ссылкой на существующий факт.
Где бы пн возникла при сдвиге поверхность разру-
шения £7 (см. рис. 27, а и б), разогрев, образующийся
93
б итоге рассматриваемого самопроизвольного пронес-
ся, должен быть одинаковым. Если предположить пря-
моугольность профиля температуры разогрева, то его
размер г определится величиной температуры плавления
и величиной запасенной в образце упругой энергии, ко-
торая зависит от объема образца Sa. Приравнивая упру-
гую энергию сдвига образца выделившемуся количеству
тепла, имеем
ТД5'« Jrp.S \с (Тт — Т„) |-A.I,
20
(26)
где G — модуль сдвига ВВ; L—теплота плавления;
S — площадь поперечного сечения образца (считаем, что
поперечные размеры образца много больше его высоты а)
пли
г =--------------------,	(27)
2/Gp[c(r„„^TQ) + LJ
где температура плавления зависит от давления.
Приближение распределения температуры прямо-
угольным профилем, по-видимому, может быть оправ-
данным для г, превышающих характерный размер прогрс
ва, т. е. при г>Уут (% — коэффициент температуропро-
водности ВВ; г — время самопроизвольного процесса).
Если же r<V уд, то процесс, начинаясь как трепне на по-
верхности разрушения, из-за теплоотвода не может до-
стигнуть температуры плавления Для нахождения вре-
мени т требуется количественная теория процесса, одна-
ко можно утверждать, что с повышением давления все-
стороннего сжатия и ростом температуры плавления при
конечном размере образца а всегда можно перевесги
неизотермический процесс в твердую фазу.
В рассмотренной схеме сдвига поверхность разруше-
ния EF могла образоваться в любом месте образца (см.
рис. 27, а и б). При более сложных условиях деформации
(сложное напряженное состояние) образование поверх-
ности разрушения и последующий неизотермический
самопроизвольный процесс могут происходить только
там, где допускается разрыв скоростей деформации, так
как требуется выполнение геометрических и кинемати-
ческих условий совместности деформаций.
94
§ 3.	Экспериментальное подтверждение
механизма разогрева
Опыты с модельными зарядами
При деформации в приборе № 2 разрыв скоростей
деформация допускается на большей части контактных
поверхностей, где достигается предел прочности па
сдвиг; в то же время разрыв не может образоваться на
серединной -плоскости образца (z=0), где касательное
напряжение paoiHo -пулю (см. рис. 3, «). Для проверки
этого вывода нами вместе с М. Ю. Косыгиным были по-
ставлены опыты с модельными зарядами.
Изготовлялись модельные заряды —заряды вторичного
ВВ (октоген) с тонким слоем азида свинца, нанесенным
(напудренным) либо на серединную плоскость, либо па верх-
нюю и нижнюю плоскости заряда (контактные плоскости).
Поведение зарядов со слоем свинца в середине не показало
никаких отличий от поведения самого октогена. Если же
слой азида свинца находился на контактных плоскостях
(верхней, нижней или сразу на двух), то при тех толщинах
заряда, когда чистый октоген только разрушался (/г>>Акр),
всегда происходил взрыв. Перед тем как изложить другие
опыты, подтверждающие предложенный механизм, остано-
вимся еще на двух результатах, полученных с помощью
слоевых зарядов. Один из них—-это определение кри-
тического напряжения Ркр в приборе № 2 для азида свинца
и второй — экспериментальное доказательство независимости
величины Ркр от h и h/D. Из опытов с октогеном (рис. 28)
следовало, что тонкий слой азида свинца не изменяет проч-
ности заряда (прочность соответствовала октогену). Вместе
с тем слой азида свинца, будучи нанесен на контак тные плос-
кости, ведет процесс возбуждения взрыва. 11сходя из этого,
были поставлены опыты по определению Ркр азида свинца.
На существование критического напряжения у азида свинца
указывает величина предсказанной температуры плавления
(370эС), которая лежит ниже, чем температура плавления
добавок (500° С), показавших в опытах Боудена 119] сенси-
билизирующий эффект. В то же время критическое напря-
жение Ркр в приборе № 2, если оно существует, должно
быть ниже, чем 3700 атм, так как при этом давлении
азид свинца, помещенный на контакте заряда с роликом,
95
всегда приводил к взрыву зарядов толщиной 1,0 мм
на основе октогена. Поэтому для определения Ркг азида
свинца в качестве прочностной основы использовались вто-
ричные ВВ (тротил, тетрил, тэн и гексоген) с прочностью,
Рис. 28. Зависимости средних дав-
лений при разрушении (светлые
точки) и при взрыве (черные точ-
ки) от толщины зарядов вторичных
В В, припудренных слоем азида
свинца
♦ —октоген; V ▼ —гексоген; О®—тэн;
Л*—тетрил и	— тротил
(0 — заряды октогена с азидом
свинца на серединной плоскости)
меньшей, чем у октогена. Результаты измерения давлений
в опытах со слоевыми зарядами представлены па рис. 23 и 29.
Горизонтальными пунктирными линиями на рис. 28 выде-
лена область разброса результатов измерений при переходе
р»ю;\г1тг
Рис. 29. Разброс результатов изме-
рений в об пасти перехода от разр>-
шения к взрыву для зарядов тро-
тила, припудренных слоем азида
свинца
от разрушения к взрыву; внутри области точки
не приведены, точки вне области соответствуют средним
значениям Р^ и Рвзр по многим измерениям. Точки на рис. 29
(прочностная основа — тротил) соответствуют результатам
отдельных измерений, в том числе и в области перехода.
Сплошная горизонтальная линия на рис. 28 — выделенное
96
значение Ркр азида свинца. При разных прочностных осно-
вах оно одинаково и составляет 2600 (± 200) атм. Таким
образом, в исследованном интервале толщин зарядов Ркр не
завнситот h и h/'D, поскольку при изменении h меняется и h'D.
Заметим, что вопрос о зависимости Ркр от h и Л/D оставался
последним вопросом, который требовалось выяснить в связи
с предполагаемой картиной «поведения» ВВ (см. рис. 4).
Поведение ВВ при статическом сжатии
Производили медленное нагружение зарядов октоге-
на, гексогена, тэна, тетрила и тротила в приборе № 2.
Для нагружения был использован 30-тонный пресс. Ис-
пытывали заряды разной толщины. При этом измеряли
остаточное изменение толщины заряда с давлением. Дан-
ные для тротила приведены на рис. 30. Достаточно тол-
стые заряды (h oZ>O,8 мм) разрушаются при тех же
(в пределах обычного разброса) давлениях, как и при
ударе (кривая прочности, полученная для тротила при
ударе на копре, нанесена на рис. 30 пунктиром). Заряды
меньшей толщины при 1нагруже'нип разрушаются не всег-
да и могут непрерывно деформироваться вплоть до тако-
го высокого давления, как 20 000 атм. Выше этого давле-
ния измерения не производились, так как примерно око-
ло 20 000 атм наблюдается остаточная деформация ро-
ликов и их контактные поверхности становятся вогнуты-
ми. До того как достигнуто давление, соответствующее
кривой прочности, полученной при ударе, деформация
заряда слабо увеличивается с давлением, затем остаточ-
ная деформация возрастает быстрее с ростом давле-
ния, т. е. наблюдается значительная пластическая де-
формация, которая, однако, сопровождается упрочнени-
ем, отчего кривая статического нагружения идет выше
и круче, чем кривая прочности.
Таким образом, тротил при статическом нагружении
и не слишком больших Ло ведет себя как упрочняющееся
тело, допускающее значительную пластическую дефор-
мацию. На кпивой статического нагружения часто про-
исходит разрушение, притом тем чаще, чем толще обра-
зец п чем быстрее производится нагружение (нагруже-
ние производилось вручную, лоэтому не имеет смысла
говорить о конкретных величинах скоростей нагружения;
4 Г. Т Афанасьев, В. К. Боболев	97
Рис. 30. Кривые статического нагруже-
ния зарядов тротила различной тол-
щины (на прессе)
пол. быстротой следует по-
нимать темп нагруже-
ния). Поведение осталь-
ных испытанных В В ана-
логично поведению троти-
ла, при этом переход к
развитой пластической де-
фор м а и и и кор р ел и р уетс я
со своей кривой прочно-
сти, полученной при
ударе.
Объяснение такого по-
ведения ВВ при статиче-
ском сжатии и, в частно-
сти, его отличия от пове-
дения В В при ударе, по-
видимому, следует искать
в двух факторах: влиянии
скорости нагружения, ко-
торая в сопоставляемых
случаях различается на
3—4 порядка, и влиянии
давления. От скорости на-
гружения, как известно,
зависит возможность протекания релаксационных про-
цессов и при ее увеличении, как правило, наблюдается
переход к хрупкости. Однако влияние одной лишь скоро-
сти недостаточно, гак как образцы с большим отношени-
ем h/D ведут себя хрупко как при ударе, так и при ста-
тическом нагружении, в том числе и при испытаниях
прессованных шашек (/i/D^l) на раздавливание. Су-
щественное влияние на механические свойства твердых
тел, как это следует из исследований Бриджмена [89],
оказывает давление: оно, в частности, увеличивает вели-
чину пластической деформации металлов до разрыва, а
мрамор, хрупкий при обычных условиях, при высоком
давлении становится пластичным материалом. Если, од-
нако. пластически продеформировать материал под
давлением и затем сиять давление, то хрупкость восста-
навливается.
Существенное влияние давления в нашем случае сле-
дует из следующего опыта: образцы, продеформирован-
ные при статическом нагружении цо некоторой толщи*
98
мы /гь заменю отличающейся от начальной й0 и до дав-
ления, намного (превосходящего /’пр (Л|) по кривой
прочности, подвергались затем удару; при этом были по-
лучены пределы прочности образцов, соответствующие
кривой прочности; таким образом, пластическое упроч-
нение образцов при снятии давления также снимается
Подведем итог сказанному При больших h/D, когда
давление мало, ВВ как при ударе, так и при статиче-
ском сжатии ведут себя хрупко; при малых h/D и более
высоком давлении в условиях статического нагружения
они приобретают спосо<5ность пластически деформиро-
ваться, а в условиях нагружения ударом (высокая ско-
рость нагружения) ведут себя хрупко.
Как уже говорилось, на кривой статического нагружения
часто происходят разрушения, причем они происходят при
тем большем давлении, чем меньше ha’D. Разрушение мо-
жет также происходить при снятии нагрузки [88]. При этом
существенно, что разрушение образцов сменяется взрывом при
переходе через те же значения Ркр, которые получены при
ударе. Однако из-за увеличения давления при разрушении
с уменьшением h/D попасть при разрушении на Ркр или дав-
ление, близкое к нему, можно лишь при некоторой опти-
мальной начальной толщине заряда Ло (для тротила она при-
мерно равна 0,4 лш, что соответствует навеске в 50 мг).
Величины Ркр, найденные в опытах при статическом нагру-
жении, составляют для тротила 10 500, для гексогена —
6700 и для октогена 6100 а'пм (для тетрила получено
максимальное давление разрушения 6000 атм, а единствен-
ный взрыв при 9000 атм; вызвать взрыв тэна при стати-
ческом нагружении не удалось, разрушения происходили
только при больших h0/D и давлениях не выше — 3000 атм\
по-видимому, в опытах не удалось найти для этих ВВ опти-
мальную толщину заряда Ао). Совпадение величин Ркр, полу-
ченных при утарс и при статическом нагружении, с точки
зрения предложенного механизма разогрева, вполне естест-
венно, так как скорость самопроизвольного процесса не
должна зависеть от скорости внешнего воздействия.
Аномалия кривых частости
Выше для некоторых ВВ в области Л0^>Лкр отмечена
аномалия кривых частости, которая заключается в том, что
частость взрывов не достигает 100%, как бы ни увсличп-
4*
99
валась энергия удара (см. табл. 7, рис. 21). Предложенный
механизм разогрева позволяет объяснить эту аномалию,
исходя из конечной величины упругой энергии, запасенной
в образце. При некоторой предельной толщине заряда Лп
она может оказаться недостаточной для создания очага тре-
бующейся температуры и размера. Если теперь hn не на-
много меньше йкр, то толщина заряда, уменьшающаяся при
разрушениях и выбросах вещества, может оказаться меньше,
чем /1П; тогда взрыва быть не должно. Как бы ни велика
была энергия удара, частость взрыва перестает зависеть от
энергии удара и определяется числом случаев, когда умень-
шающаяся скачками толщина заряда попадает в интервал
от /гкр до hn.
Точная оценка величины йп вызывает трудности по двум
причинам. Во-первых, она должна относиться к минималь-
ному по размеру очагу, воспламенение которого приводит
к самораспрэстрапяющемуся взрывчатому превращению.
Если, следуя Боудону, считать, что этот размер составляет
10 3 см, то для гексогена из выражения (27) находится
величина равная 0,3 мм. Во-вторых, использование выра-
жения (27), полученного для случая «свободного» сдвига,
вряд ли возможно для условий деформации в приборе № 2,
где при переходе упругой энергии сдвига какого-либо эле-
мента в работу деформации на разрыве сама упругая энер-
гия этого элемента может пополняться за счет дополни-
тельного сдвига из-за большого градиента давления по ра-
диусу (см. рис. 3, б), и тогда оценка hn по выражению (27)
должна быть завышенной. Заметим, что конечная толщина
отказавших при испытаниях зарядов оказывается равной
нескольким сотым миллиметров; по-видимому, величина /гп
для испытанных ВВ близка к 0,1 мм.
Сравнение испытанных ВВ по степени проявления ано-
малии хорошо согласуется с данным объяснением. Аномалия
должна проявляться тем сильнее, чем меньше интервал
(/гкр —/гп)- Действительно, аномалия кривой частости отсут-
ствует для октогеиа (см. рис. 21), у которого/гкр =0,43 мм,
еле заметна для гексогена (йкр =0,25 лъи), сильно выражена
в случае тетрила (/гкр =0,12 мм) и имеет крайнее проявле-
ние для тротила (/гкр 0,08 лш), который вообще не взры-
вается при «стандартной» навеске в приборе № 2.
Поскольку выше везде речь шла только о приборе № 2
(все эксперименты проводились в этом приборе), то указы-
валась толщина заряда, так как диаметр был постоянным
100
(D=10 мм). Теперь же, когда имеется свидетельство неза-
висимости Ркр от 1г и А/D, можно перейти в соответствии
с предполагавшейся картиной «поведения» ВВ (см. рис. 4)
к величине h/D вместо А и говорить, например, о величине
(^^)кР вместо Ahp, которая относилась до сих пор лишь
к прибору № 2. Если уменьшать диаметр D, то величина
Акр тоже должна уменьшаться, причем так, чтобы было
(A/D) = const. Отсюда следует, что с уменьшением D
(а значит и Акр) аномалия частости взрывов должна прояв-
ляться все сильнее до тех пор, пока Акр не окажется меньше,
чем Ап, и тогда совсем не должно быть взрывов.
Обратимся в связи с этим к испытаниям на копре Велера
(D =1,5 ми) и введем для толщины заряда, при которой
должен происходить переход от разрушения к взрыву, сле-
дующие обозначения, учитывающие разницу в диаметрах:
Акр—для испытаний по Велеру и А’р— для испытаний
в приборе № 2. Из (A'D) = const следует, что АкР =
= 0,15 Акр, т. е. для вторичных ВВ (по крайней мере для
большинства) АкР<^Ап, что объясняет отсутствие взрывов
при испытании их по Велеру. Случаи же разложения вто-
ричных ВВ при больших энергиях удара на копре Велера
вызваны, по-видимому, разогревом элементов из мягкого
металла при их деформировании, что, впрочем, требует
дополнительной проверки. Иначе обстоит дело с инициирую-
щими ВВ, у которых (А/D) велико. Например, у азида
свинца
(A./D)KP = --—---------- =0,43,	(28)
3 Р'3
откуда Акр =0,64 мм. Для возбуждения взрыва инициирую-
щих ВВ на копре Велера требуются небольшие энергии
удара, что связано с малой площадью ударника.
§ 4. Разбор известных моделей среды
и механизмов разогрева
Изложенные выше экспериментальные результаты
получены в приборе № 2. При этом изучены механиче-
ские свойства твердых ВВ. режим деформации и крити-
ческие условия возбуждения взрыва в этих условиях, а
101
также развиты представления о механизме разогрева до
критических температур. Опираясь на полученные экспе-
риментальные данные, рассмотрим высказывавшиеся
в литературе взгляды на модель среды, отвечающей
твердым ВВ, п механизм разогрева, которые в отсутст-
вие этих данных, как уже говорилось, носили предполо-
жительный характер. Проведение разбора на данной
стадии изложения должно также послужить дополни-
тельной проверкой механизма разогрева, предложен-
ного в настоящей работе.
Обратимся прежде всего к неоднородности системы,
которой многие исследователи придавали важное значе-
ние. На возможности образования локального разогрева
за счет иеупругой деформации на неоднородностях (пла-
стическая деформация отдельных зерен, разрушение и
трепне их друг о друга) указывалось Харитоном [13],
а затем Кистяковским и Коннором [7]. Позднее Холе-
во [2, 3], сопоставляя поведение штатных ВВ в прибо-
рах № 1,2 и 3, а также Сухих и Харитон [27], наблюдая
разрушение крупных зарядов при ударе по плоскостям
скольжения, пришли к выводу о том, что определяющей
при возбуждении взрыва является неупругая деформа-
ция заряда в целом. Этот вывод, фиксирующий и об-
общающий результаты экспериментов, был положен
в основу настоящей работы, и исключений из него не об-
наружено. Попытаемся объяснить отсутствие влияния
неоднородностей на возбуждение взрыва и найти те слу-
чаи, когда влияние неоднородности может быть сущест-
венным. Неоднородность системы можно характеризо-
вать размером частиц ВВ и размером пустот, около ко-
торых при нагружении происходит множество локальных
разрушений. Размер фрагментов разрушения, по-види-
мому, близок к размеру пустот. Для того чтобы локаль-
ное разрушение приводило к взрыву, необходимо, чтобы
давление при этом было нс меньше истинного критиче-
ского напряжения Ркр и размер зоны разрушения а был
не меньше ап—масштаба неоднородности, существен-
ной при возбуждении взрыва, т. с. необходимо, чтобы
о > «„ = ’'"Хс |с(Гкр -Г,) + Ц-------------Л. (29)
"пр	"пр
102
Последнее соотношение получено из выражения [27].
В пропорциональную связь выделена величина, наиболее
сильно различающаяся для разных ВВ. При этом использо-
вано
Trip
®пр	Е
----И G= 	
р 3	2(1-1- Ц)
(30)
(принимается, что коэффициент Пуасссопа ц равен 0,5).
До тех пор, пока давление ниже, чем Ркр, любые неодно-
родности должны быть неэффективны. При больших же
давлениях к взрыву могут приводить только те неоднород-
ности, которые по размеру больше ап. Существенно то, что
с повышением давления неоднородность системы сильно
уменьшается по сравнению с исходной; например, при прес-
совании происходит дробление зерен, пустоты между ними
становятся все меньше, поэтому для вторичных ВВ, у кото-
рых величина Ркр имеет порядок 1()4 атм и величина а,,,
по-видимому, больше 0,1 лои, неоднородности неэффективны
и определяющей при возбуждении взрыва оказывается дефор-
мация заряда как целого. Это справедливо и для смесей
вторичных ВВ, у которых также не обнаружено влияния
неоднородностей [90|. Из выражения (29) следует, что неод-
нородности должны сказываться, если Ркр и ап малы, или,
другими словами, мало Ркр и велико <тпр. Поэтому роль не-
однородностей может оказаться существенной в случае иници-
ирующих ВВ (хотя бы некоторых) при большом размере зерна,
так как при испытании их в мелкодисперсном виде влияния
неоднородностей замечено не было (см. рис. 18).
Упомянув работу Сухих и Харитона [27], где были
обнаружены следы плавления па плоскостях скольже-
ния, по которым происходило разрушение зарядов,
н было указано на температуру плавления как границу
разогрева, отметим хорошее соответствие этого факта
тому выводу настоящей работы, что плавление происхо-
дит в процессе прочностного разрушения на поверхно-
стях разрыва скоростей деформации.
Важное значение деформации на неоднородностях с
точки зрения не только механизма возбуждения взрыва,
но и механизма деформации, придавал Холево [2, 3], что
не противоречит, однако, сделанному им выводу о необ-
ходимости деформации заряда как целого для возбуж-
103
дения взрыва. Так Холево предполагал, что в началь-
ной стадии удара кристаллики В В деформируются пла-
стически и оплавляются на границах, при этом образует-
ся структурированная система,которая ведет себя затем
подобно телу Бингама — Шведова. Для характеристики
механических свойств ВВ, проявляющихся при нагруже-
нии ударом, Холево широко использовал термин «теку-
честь», понимая под. «текучестью» способность заряда
выдавливаться из-под пуансонов при ударе. При этом
«текучесть заряда» считалась зависящей от предела
текучести и температуры плавления ВВ. Разогревы при
течении гетерогенной структурированной системы дол-
жны носить локальный характер, и после достижения
температуры плавления рассматриваются как вязкост-
ные разогревы.
Исходя из того, что скорость тепловыделения при
деформации вязкой жидкости пропорциональна коэффи-
циенту вязкости и квадрату градиента скоростей, Холе-
во считает, что максимальная скорость тепловыделения
при определенных условиях деформации может иметь
место при некоторой оптимальной текучести заряда, так
как скорость тепловыделения мала при малой вязкости,
а при большой вязкости малы градиенты скоростей.
Взрыв возбуждается тогда, когда скорость тепловыде-
ления достаточна для создания высокотемпературных
разогревов, время воспламенения которых меньше остав-
шегося времени удара. Отсюда скорость деформации и
время удара наряду с текучестью заряда и реакционной
способностью ВВ считаются основными факторами, оп-
ределяющими возбуждение взрыва. Методов измерения
текучести не предлагалось и суждение о большей или
меньшей текучести ВВ выносилось из сравнения часто-
сти взрывов в приборах № 1 н 2. Предложенная Холево
модель деформации и возбуждения взрыва при ударе
качественно объясняла влияние условий деформации па
результаты испытаний. К настоящему времени выпол-
нено большое количество отечественных и несколько
зарубежных работ [6, 8, 37, 61, 91, 92 и др.], иллюстри-
рующих идеи Холево. Заметим, что ни у Холево, ни в од-
ной из последующих работ не дано подтверждения тому,
чтобы кристаллические ВВ деформировались при ударе
как вязко-пластическое тело. Результаты настоящей
работы противоречат подходу к твердым ВВ как вязко-
104
пластическому телу. Это относится цаже к таким систе-
мам, как ВВ с добавкой типа парафина [64, 93], которые,
казалось бы, ближе всего стоят к модели Холево. По-
скольку идеализация механических свойств той или иной
моделью зависит от скорости деформации и соответст-
венной температуры, то можно полагать, что вязко-пла-
стическая модель окажется реальной при деформации
ударом для твердых ВВ с очень низкой температурой
плавления, либо при начальных температурах, близких
к температуре плавления. В связи с этим заметим, что
отмеченное выше «загадочное» поведение дины (Т0/Тпл=
= 91) может быть вызвано приближением к вязко-пла-
стическому случаю деформации, так как обжиг роликов
при взрыве дины имеет в отличие от остальных испытан-
ных твердых ВВ такую же русловпдную форму, как и
при взрыве баллистнтиых порохов в зоне вязко-пласти-
ческой деформации.
Остановимся на работе Риделя н Робертсона [23],
в которой впервые была поставлена задача по очагово-
му тепловому взрыву и приближенно оценены для вто-
ричных ВВ критические температуры горячих точек. По-
скольку эти температуры оказались значительно выше
температур плавления, то авторы предложили следую-
щий механизм разогрева: при испытании вторичных ВВ
ударом образуется некоторое количество жидкой фазы,
которая под действием перепада давления совершает в
образце капиллярное течение с высокой скоростью и ра-
зогревается при вязком течении до критических темпера-
тур. Оценка температур разогрева при течении в капил-
ляре (использовался закон Гагена — Пуазейля) вполне
удовлетворила авторов работы. Однако, как было сооб-
щено нам В, С. Козловым, вызвать взрыв тротила и пик-
риновой кислоты, нагретых до 130е С, при продавлива-
нии в капилляр даже в более жестких условиях, чем это
предусматривали расчеты Риделя и Робертсона, оказа-
лось невозможным.
Переходя к исследованиям Боулена с сотр. [11, 19],
рассмотрим только те выводы, которые относятся к твер-
дым ВВ. Основным является вывод о температуре плав-
ления как границе механического разогрева (влияние
давления на температуру плавления при этом не учиты-
валось), из которого в какой-то мере исходят остальные
выводы. По мнению Боудена, из всех твердых ВВ только
105
инициирующие могут взрываться за счет тепловыделе-
ния при собственной деформации, так как они самовос-
пламеняются при нагревании до наступления плав-
ления. При этом считается, что локальные разогревы
образуются при трении кристалликов друг с другом и с
поверхностью воздействующего тела. Если принять пред-
сказанные выше температуры плавления инициирующих
ВВ и определившиеся Боуденом в опытах с добавками
критические температуры, то у инициирующих ВВ, как
и у вторичных, температура плавления оказывается ниже
критической температуры. Тогда для них должно суще-
ствовать критическое напряжение и механизм трения
кристалликов должен быть неэффективен. Действитель-
но, на примере азида свинца выше было показано суще-
ствование критического напряжения и, кроме того, нс
было замечено влияния неоднородности системы па воз-
буждение взрыва этих ВВ (оговоримся, что инициирую-
щие ВВ использовались в мелкодисперсном виде). По
Боудену, те ВВ, у которых TWI не могут быть взор-
ваны за счет собственного разогрева при деформации, и
только два механизма могут отвечать за возбуждение
взрыва: разогрев при адиабатическом сжатии газовых
включений п разогрев высокоплавких (Тпл^Гкр) доба-
вок примеси при трении их друг с другом и поверхно-
стью ударника. Сенсибилизирующее действие таких до-
бавок Боуденом показано во многих экспериментах (при
малой концентрации добавок вряд ли можно говорить о
трении их между собой).
Обсудим механизм адиабатического сжатия газовых
включений. Известно, что если быстрое сжатие газа про-
исходит независимо от деформации ВВ (сжатие газа
поршнем над слоем ВВ), то в этом случае легко (при
степени сжатия воздуха, равной примерно 20) осущест-
вляется воспламенение ВВ [19, 94]. В то же время, если
во ВВ присутствуют газовые выключения размером менее
0,1 мм, то их сжатие при ударе должно быть почти изо-
термическим [20]. Недейственность механизма адиабати-
ческого сжатия газовых включений для штатных ВВ
следует из опытов Холево в приборе № 3 с насыпными
зарядами Сравнивая поведение тэна, расположенного
на наковальне в форме кольца (большое газовое вклю-
чение) и в форме сплошного слоя, Боуден получил при
расположении тэна кольцом больший процент взрывов и
106
расценил это как подтверждение своей точки зрения.
Однако достаточно было увеличить высоту кольца и дис-
ка, чтобы картина стала обратной (опыты Андреева
с сотр.), хотя кратность сжатия воздуха должна была
при этом возрасти. Заметим, что в опытах Боудена
с тэном развивались давления при ударе более 12 000 атм\
результаты этих опытов хороню соответствуют данным,
полученным в настоящей работе для прессованных за-
рядов тэна, когда возбуждение взрыва за счет адиаба-
тического сжатия газовых включений явно невозможно.
Возбуждение взрыва в твердых ВВ при ударе никем
после Боудена не связывалось с механизмом газовых
включений. Недейственность механизма газовых включе-
ний для твердых ВВ, по-виднмому, имеет следующую
причину: уже при небольших давлениях зерна начинают
дробиться, большая часть воздуха выходит из заряда
(частичный разброс насыпного заряда, отмечавшийся
выше, вероятно, связан с фильтрацией воздуха через
поры), хрупкость ВВ препятствует «запечатыванию» га-
зовых включений, оставшийся воздух рассеивается по
заряду и размер включений становится настолько мал,
что они сжимаются изотермически.
Проводя испытания при быстром сдвиге по схеме,
близкой к изображенной на рис. I, О, Боуден не получил
взрыва для вторичных ВВ и отсюда сделал вывод о
невозможности вызвать взрыв этих ВВ за счет разогрева
их при неупругой деформации и, в частности, при трении,
гак как температуры плавления (граница разогрева)
вторичных ВВ лежат ниже их температур вспышки.
Позднее Козлов, исходя из повышения точки плавления
с давлением, провел опыты по такой же схеме воздейст-
вия при более высоких давлениях прижатия и получил
взрывы всех испытанных им веществ. Козлов полагает,
что локальные разогревы образуются за счет тепловыде-
ления при внешнем (сухом) трении на границе раздела
ВВ — воздействующее тело, и испытание по схеме (см.
рис. I, д) вслед за Боуденом называет испытанием к тре-
нию. Козлов истолковал результаты своих опытов, кото-
рые, казалось бы, непосредственно приводят к понима-
нию роли давления при возбуждении взрыва механиче-
скими воздействиями, как опровержение положения о
юмпературе плавления как границе разогрева, хотя в
условиях высокого давления они являлись таким опро-
107
вержепием лишь относительно нормальной температуры
плавления. Согласно механизму, предложенному в насто-
ящей работе, трение на поверхностях разрыва скоростей
деформаций является одной из основных стадий процесса
разогрева; при этом поверхности разрыва в зависимости
от условий деформации могут находиться как внутри
заряда, так и совпадать с контактными поверхностями
(для деформации в тонких слоях последний случай пре-
обладает). Если давления достаточно велики (заметно
превышают Ркр), то взрыв должен происходить за счет
разогрева только при сухом трении до того, как процесс
выйдет на плавление (условием этого является превы-
шение скорости тепловыделения при химической реакции
над скоростью механического тепловыделения).
Обратимся к работам Болховитинова [29, 31, 37, 38].
Эти работы подчинены количественному подходу к про-
цессам возбуждения взрыва. Болховитиновым для опи-
сания поведения твердых ВВ при ударе использовалась
модель вязкой жидкости [37, 38], а при формулировании
критических условий деформации—модель идеально-
пластического тела [31]. Несмотря на то, что в том и дру-
гом случаях находится скорость тепловыделения при не-
упругой деформации, сам режим деформации полагался
изотермическим в том смысле, что не учитывалось изме-
нение механических констант (коэффициента вязкости,
предела текучести) с температурой. Данное замечание
относится и к работе авторов [39], где также использо-
валась модель идеально-пластического тела и, хотя речь
шла о развитой пластической деформации, не обраща-
лось внимания на возможность изменения режима де-
формации при ударе вследствие тепловыделения. Болхо-
витиновым дано обобщение положения о плавлении как
границе разогрева [29, 31], что привело к пониманию
роли давления при возбуждении взрыва механическим
воздействием и открыло широкие перспективы для коли-
чественного изучения явления.
После разбора основных точек зрения на механизм
деформации и возбуждения взрыва, существующих в ли-
тературе, рассмотрим экспериментальные результаты по
частости взрывов, полученные разными исследователями
в различных приборах, и попытаемся дать им объясне-
ние, исходя из представлений, развиваемых в настоя-
щей работе.
108
§ 5. Применимость полученных выводов
к условиям деформации,
отличным от условий прибора № 2
Излагавшиеся ранее экспериментальные результаты
получены в приборе №2. В этих условиях было прове-
дено исследование критических условий возбуждения
взрыва. При постоянстве величины критического напря-
жения в приборе №2 полученные выводы должны быть
применимы к условиям деформации, подобным условиям
прибора №2, т. е. при разных диаметрах.
Выше было дано объяснение поведения ВВ при испы-
тании по Веллеру (D=l,5 мм). Полученные выводы мо-
гут быть также использованы для объяснения результа-
тов опытов Андреева и Теребилиной [6] в предложенном
ими приборе №4 (см. рис. 31, а). Опыты проводились в
двух вариантах: при помещении навески ВВ в центр ро-
ликов (диаметр заряда 5 мм) и при равномерном рас-
пределении навески по торцу роликов (D=19 мм); кроме
того, изменялась величина навески (2, 10, 50 мг). Резуль-
таты этих опытов представлены в табл. 10 (копер К-44-2,
I руз 10 кг, высота падения груза 25 см). В случае цент-
рального расположения заряда высокий процент взрывов
наблюдается утех ВВ, величина (h/D)кр которых велика
(например, инициирующие ВВ и такие вторичные, как
тэн, гексоген, октоген). Если же величина (й/£))кр мала
(тротил, пикриновая кислота), то больший процент взры-
вов наблюдается при равномерном распределении на-
вески. Аналогично объясняется влияние величины навес-
ки па частость взрыва.
Андреевым и Беляевым [36] приводятся результаты,
полученные в различных условиях деформации. Обра-
тимся к результатам опытов В. С. Орешина, которые
производились по схеме, показанной на рис. 31, б. В ис-
ходном положении заряд ВВ нагружен высоким давле-
нием (см. вариант прибора № 1) Затем муфта ударом
(или вручную через рычаг) переводится в положение,
соответствующее прибору № 2 (на рис. 31,6 изображено
пунктиром). Заряд ВВ отделяется от муфты резиновым
кольцом, что предотвращает трение муфты по заряду
при ее перемещении. В опытах определялась частость
взрывов в зависимости от приложенного давления. Точ-
ка 50% взрывов для тэна получена при давлении
109
Таблица 10
Процент взрывов в приборе № 4 при ударе иа копре
вв	>л> °C	^"bcip 0<2 (по Касту)	П1СП’ (5 сек.)	Навеска, .иг					
				центральное расположение			равномерное располо- жение		
				2	1 '°	|	50	2	1 10	50
Тринитробензол	122,5	Нет ВСПЫШКИ	550	4	8	4	« А 20	56	1 4
Т ротил Пикриновая кислота Тринитрорезорцин	80,5 121,9 178	300 300 2°5	475 322	0 12	0 32	0 36	4 0	24 64	4 24
Тринитроксилол				32	32	84	4	0	8
	182	330	—1	8	20	44	4	12	36
Тринитроанилин	191,5	225	—	0	4	12	0	0	0
Т ринитрод иаминобензод Тетрил Гексил	289 131 240	190 250	257 325	4 16 96	32 20 100	16 92	0 8 8	0 0 8	0 44 g
Гексоген Октоген	201 280	220	260 335	96 92	92 100	92	0 о	и 0	0 4
Тэн	141 1	210	225	64	92	84	0	0	8
Дина	52	235	—	16	44	60	4	68	S8
Гексанитро дифенил	240	>320	—	28	68	44	0	0	28
Гсксаиитродифенилоксид	260	—	—	92	100	60	84	68	20
Гексанигрооксанилид	331	>330	—	76	НО	<fi< (	0	4	8
Пикрат лития	—	—	—	20	12	16	0	0	12
Пикрат свинца	—	285	—	—	100	—	—	88	—
Пикрат капня	—	—	—	68	ИЮ	96	0	0	8
Стифнат калия (двузамещенный)	—	—	—	4	100	100	0	0	0
Азид аммония	—	—	—	8	64	0	0	4	4
Азид свинца	—	330	345	ИЮ	—	—	—	8й	—
Азид кальция	—	—	—	Ю0	—	—	—	12*	—
Гремучая ртуть	—	170	210	100	100	100	60	92	96
ТНРС	—	—	265	ИЮ	100	100	0	56	12
Тетразен	—	140	154	11'111	100	—	20	64	96
Перхлорат аммония	—	зю	—	48	84	84	—	4	0
Натеска 20 л«г.
Рис. 31. Некоторые схемы испыта-
ний В В
ределялась частость взрыв:
4700 атм, что сопадает с
величиной критического на-
пряжения в приборе № 2
(см. табл. 4, рис. 13). Ре-
зультаты этих опытов пред-
ставляют интерес с той точ-
ки зрения, что возбуждение
взрыва в данном случае
вызвано самопроизвольно й
деформацией заряда под
действием упругой энергии,
запасенной при сжатии.
Остановимся на испытани-
ях ВВ при быстром сдвиге.
В. С. Козловым п В. А. Мамае-
вым производились испытания
по схеме, изображенной на
рис. 1, д 117]. При этом оп-
? зависимости от величины дав-
ления прижатия Ртр (см. рис. 2, навеска 20 .чг). В табл. 11
приведены Ртр (50 %) и Ртр (100%) —величины давлении при-
жатия, при которых частость взрывов составляет соответст-
венно 0,5 (50%) и 1 (100%). В таблице также даны значения
Ргр. м (100%)> полученные С. М. Муратовым при той же
схеме воздействия, но с зарядом ВВ, помещенным в оло-
вянное кольцо.
Близкая схема воздействия была использована В. М. Боч-
ковым и В. А. Куприяновым. Они осуществляли в приборах
№ 1 и 2 сдвиг поворотом ролика на 10° (навеска 30 мг).
В табл. 11 помещены следующие значения удельных
давлений прижатия: А-п (30%) и Р]__п (100%) для при-
бора № I и Рц—п (50%) и Рп_п (Ю0%) для прибора № 2.
Кроме того, в таблице даны значения критического напря-
жения Р|ф в приборе № 2, полученные нами при ударе.
Обращает на себя внимание параллелизм всех приведенных
величин давления. Этот параллелизм иллюстрируется графика-
ми зависимостей РГр(50%) и Рц_п (50%) отРкр (рис. 32): А-,,
(100%) от Ркр (см. рис. 32), а также А-р (100%), Ргр.м
(100%), А(-п (Ю0%) и А-п (30%) от АР (рис. 33).
В схемах воздействия, изображенных на рис. 1, 3 и
рис. 31, г, происходит сдвиг «в приборе № 2», а в схеме
Ы2
Значения кршпческих напряжений (в тыс. кГ!см-), полученные в разных приборах
113
Рис. »2. Сравнение резуль-
татов, полученных при ударе
и при быстром сдвиге или
трении
По оси абсцисс отложено
критическое напряжение Р
в приборе № 2, по оси орди-
нат: I — Р1-п (100%) (Л);
II- Агр (50%) (О) и Р7[-п
(50%) {□)
а _ азид свинца; б—тэн;
£, __ гексоген; г — тетрил; д —
пикриновая кислота: е — тро-
тил
рис. 31, в — сдвиг «в приборе № 1». Величины РКр примерно
совпадают с величинами давлений прижатия, которым
соответствует 100% взрывов при сдвиге «в приборе №2».
В то же время они значительно превосходят величины
давлений, которым соответствует 50% взрывов при сдвиге
«в приборе №2», и оказываются примерно в 1,5 — 2 раза
ниже, чем давления Р[_п (100°;>), соответствующие 100%
взрывов при сдвиге «в приборе № 1». Напомним, что по
оценке, которая производилась в гл. 1, § 2, величины истин-
ных критических напряжений Ркр оказались в 2 — 2,5 раза
выше, чем Ртр (100%).
Для объяснения различия абсолютных значений крити-
ческих напряжений, относящихся к разным условиям (при-
бор № 2 — удар, прибор № 2 — сдвиг и прибор № 1 — сдвиг),
обратимся к распределению гидростатического давления в
приборе № 2 (см. рис. 3, б, пунктир). Будем ориентироваться
на это распределение, хотя оно, по-видимому, хорошо вы-
полняется лишь вблизи прочностного разрушения. Величины
Рур, приведенные в табл. 11, получены при сдвиге верхнего
ролика па 2 мм. Однако, как показано Мамаевым, если
этот сдвиг составляет всего 0,1 мм, то результаты изме-
няются слабо. Отсюда следует, что взрыв происходит в
начале сдвига, поэтому можно пользоваться исходным
распределением гидростатического давления. Помещая крис-
талл тэна в различные по радиусу места оловянного диска,
Мамаев показал, что наименьшие давления прижатия, тре-
бующиеся для возбуждения взрыва, соответствуют распо-
114
ложейпю кристаллика в центре. Отсюда следует, что
возбуждение взрыва при сдвиге по схеме д (см. рис. 1)
происходит при максимальном давлении, которое примерно
в 2—2,5 раза выше, чем среднее, т. е. во столько же раз,
во сколько ожидаемые величины Ркр превосходят Р,р (100%).
При сдвиге в приборе ЛЬ 2 поворотом ролика возбуждение
взрыва также должно происходить вблизи центра, поскольку
сдвиг на величину 0,1 лш достигается уже в 1 мм от центра.
Тем самым совпадение величин Рц-П и Ргр при одной и
той же частости взрывов (см. рнс. 32 и 33) представляется
совершенно естественным. Что касается сдвига «в приборе
№ 1», то распределение давления при очень малом зазоре
должно быть равномерным |95].
В действительности же равномерность распределения,
по-видимому, искажена, ибо при равномерности вероятностный
характер испытаний должен был бы отсутствовать. Будем
считать в этом случае распределение давления приблизи-
тельно равномерным, т. е. Р^Р (по-видимому, при 100%
взрывов распределение ближе всего к равномерному). При
соблюдении равномерности распределения переход к взрыву
был бы связан с достижением истинного критического
напряжения Ркр. В известном согласии с этим величины
Pi_n (100%) примерно в 1,5 — 2 раза превосходят вели-
чины Р1р (100%) и Рц_п (160%). Из рис. 32 следует такое
же соотношение между величинами Ркр и Ркр:Ркр^ 1,5-4-
4—2 Р|<р (по-видимому, коэффициент пропорциональности
Рис. 33. Сравнение результатов,
полученных при ударе и при быст-
ром сдвиге или трении
Ни оси абсцисс отложено критиче-
ское напряжение Нкр в приборе
№ 2, по осн ординат’ О — б’гр
(10'1%); □ - Р тр. м (100%); V —
- Р ц_п (100%}; Л - Р]_п (30%)
и азид свинца; б—тэн; в — гек-
соген: г — тетрил; д — пикриновая
кислота; е — тротил
115
несколько ближе к 2). Параллелизм критических напряжений
в разных приборах подтверждает то, что каждое из них
(в том числе и критическое напряжение Ркр в приборе № 2,
полученное при ударе) определяется главным образом вели-
чиной истинного критического напряжения.
Хотя согласие результатов, полученных при ударе и при
сдвиге, в общем довольно хорошее, анализ более тонких
эффектов затруднен отсутствием точных сведений о распре-
делении напряжений и количественной теории механизма
разогрева.
Несколько отвлекаясь, сделаем одно замечание, относя-
щееся к инициирующим ВВ и касающееся их температур
плавления. В табл. 12 приведены предсказанные выше для
них температуры плавления TrJ1, величины Ртр(50%), Ртр
(100%) и Ркр (в тыс. кГ/см2), температуры вспышки при
5-секундной задержке Тасп и температуры плавления доба-
вок Тпл. д, которые в опытах Боудена [19] показали сенси-
билизирующий эффект. Существование критических напря-
жений указывает на то, что температура плавления находится
ниже критической температуры. Предсказанные температуры
плавления действительно лежат ниже температур плавления
добавок Тпл.д, сенсибилизирующих ВВ (напомним, что
величина ТШ1. д интерпретировалась Боуденом как критическая
температура очагов разогрева). Таким образом, не настаивая
на хорошей точности предсказанных температур плавления
для инициирующих ВВ, можно отметить, что они нигде не
вступают в противоречие с известными данными.
Обратимся далее к возбуждению взрыва при ударе
в приборе № 1 (см. рис. '1, а). Частость взрывов в этом
приборе существенно зависит от величины зазора. Этому
случаю соответствует задача выдавливания в теории об-
работки металлов давлением (например, выдавливание
гильз). Данная задача строго не решается и к ней обычно
применяют упрощенные подходы, например следующий
[96]: складывают два средних давления деформирования,
выдавливания в зазор (осадка полосы толщиной I и ши-
риной А) н осадки основного диска (с отношением A/D)
Поступая таким образом, для среднего давления раз-
рушения в приборе № 1 получаем
где I—величина зазора.
116
Используя выражение (31), рассмотрим качественно воз-
буждение взрыва при ударе в приборе № 1. Предположим,
что критические напряжения в приборах № 1 и 2 при ударе
отличаются мало, т. е. Р’.р Ркр. Тогда в силу повышения
кривой прочности, согласно (31), толщина заряда йДр, при
которой должен происходить в приборе № 1 переход от
разрушения к взрыву, должна быть больше, чем таковая
для прибора № 2 (Акр), причем тем больше, чем меньше
зазор. Это приводит к тому, что тротил, у которого Ака
или (A/D)kP мало, при «стандартной» навеске взрывается в
приборе № 1, тогда как в приборе № 2 он не взрывался,
а частость взрывов тетрила увеличивается по сравнению с
прибором № 2. Поскольку АкР/>АкР, то уже такое вещество,
как гексоген (АкР = 0,25 лы<), если сто испытывать в при-
боре № 1, попадает при «стандартной» навеске в область
А<^Акр. Это видно хотя бы из того, что частость взрывов
его с повышением температуры увеличивается (табл. 13)
(увеличение частости взрывов в этом случае связано с
уменьшением предела прочности вещества). Для высоко-
плавких ВВ в приборе № 1 зачастую наблюдается 0%
взрывов при «стандартной» энергии удара (11% = 2,5 кГм),
что в согласии с выражением (31) объясняется их высокой
прочностью (условие прочности не достигается). Увеличение
Aip (зависит от величины зазора) по сравнению с. А’р должно
приводить к исчезновению аномалии кривых частости, так
как увеличивается интервал между й{<р и Ап. Действительно,
тетрил («стандартная» навеска) дает в приборе № 1 кривые
частости, которые с повышением энергии удара достигают
100%. Сложность прибора № 1 по сравнению с прибором № 2
заключается в том, что поведение ВВ в приборе № 1 оп-
ределяется двумя размерами (А и /, D = const), в то время
как в приборе № 2 всего лишь одним (A, D = const).
В опытах П И. Васильева [36] были переменными величина
зазора и начальная температура Т(), от которой зависит €%,.
При сопоставлении влияния зазора и температуры результаты,
полученные Васильевым (см. табл. 13), хорошо объясняются
с помощью условия прочности в приборе № 1 (см. уравне-
ние 31) и условия критических напряжений: Р>РкР. Объяс-
нение получает также влияние предварительной подпрессовки
заряда, которая может в зависимости от величины зазора
для разных ВВ как увеличивать, так и уменьшать частость
117
взрывов. Эго объяснение основано па увеличении пластич-
ности ВВ при повышенных давлениях в условиях статиче-
ского нагружения (данное явление обсуждалось выше) и
заключается в следующем: при подпрессовке ВВ может
выдавливаться частично в зазор и тогда условие прочности
(31) изменяется. Если такое выдавливание невелико, то
приблизительно имеем
где б — высота заполнения зазора.
Таким образом, влияние подпрессовки сказывается
через изменение условия прочности. Следует упомянуть
опыты по определению частости взрывов в приборе № 1
при ударе с частичным заполнением зазора инертным ве-
ществом (опыты проводились с тетрилом, для заполнения
зазора использовался воск [92]). Так-как заполнялся зазор
между муфтой и нижним роликом, то во втором члене
формулы (31) следует опустить коэффициент ’/s- Заме-
тим, что проведенный анализ возбуждения взрыва в при-
боре № I в зависимости от различных факторов яв-
ляется в известной мере качественным (использованные
формулы имеют приближенный характер, кольцеобраз-
пость зазора может искажаться из-за смещения роти-
ков). Еще более сложен для анализа так называемый
«стандартный» прибор (см. рис. 1, г). Дополнительную
сложность по сравнению с прибором № 1 вносит исполь-
зование роликов с фасками. И хотя многие закономерно-
сти, полученные для приборов № 1 и 2, могут проявлять-
ся в «стандартном» приборе, нам кажется, что он так же
мало пригоден для исследовательских целей, как и для
испытаний ВВ на чувствительность.
В работе[30] была предпринята попытка подтвердить
роль давления при возбуждении взрыва ударом (усло-
вие критических напряжений, по терминологии настоя-
щей работы). При этом использовались данные Лейгма-
на [33], полученные_в приборе № 1, и сопоставлялись ве-
личины давлений Рт, развивающиеся при ударе, кото-
рым соответствует 50% взрывов, с разностью
температуры вспышки при 5-секундной задержке и тем-
пературы плавления (при этом подразумевалось, что
118
эта разность по крайней мере
параллельна разности крити-
ческой температуры и темпе-
ратуры плавления). Хотя в
итоге такого сопоставления
пропорциональность Рт.^Т—
Тпл и была получена (рис.
34), однако этот результат (не-
смотря на справедливо ожида-
емое Ркр~7кр — Т™) следует
считать случайным, так как ус-
ловие Рпр = РК]У выполняется
только при /г = /?кР , последнее
же вряд ли имело место для
всех использованных при со-
поставлении веществ (21 наи-
менован не) .
Заканчивая
поведения ВВ
1000
SOO
600
wo
200
0	100 200 300 W0 500
Tfirn ^пл
Рис. 34 Зависимость разности
(Т’всп —Т'лР от максималь-
ного давления удара [30]
обсуждение
в различных
условиях деформации, отметим, что результаты испыта-
нии ВВ в разных приборах не только хорошо объясняют-
ся с помощью тех представлений, которые были выше
развиты для условий прибора № 2, но и сами дают им до-
полнительное подтверждение. Отсюда следует обобщение
полученного ранее вывода: задача возбуждения взрыва
при механическом воздействии в общем случае сводится
к прочностной (изотермической) задаче с особо наклады-
ваемым условием на давление всестороннего сжатия
(‘при этом, однако, имеется следующее ограни
чепие: размер деформирующегося заряда должен быть
не меньше некоторого предельного, определяемого запа-
са упругой энергии, необходимой для создания эффектив-
ного очага).
Выводы
С помощью анализа неизотермической деформации
пластических сред доказывается, что разогревы при пла-
стической деформации, приближающиеся к температуре
плавления, могут достигаться только локально. Конкрет-
ный механизм разогрева при этом зависит от условий
деформации. Здесь рассмотрен механизм разогрева при
сдвиге. Получено, что при нсизотсрмическом сдвиге пла-
120
стпческих тел должен возникать разрыв скоростей де-
формаций, па котором происходит выделение тепла. При
этом упругая энергия, запасенная в образце, переходит
в работу деформации на разрыве, являясь энергетиче-
ским источником разогрева. Существенной особенностью
такого процесса разогрева является его самопроизволь-
ность. Возникновение локального разогрева при сдвиге
обусловлено неустойчивостью иеизотермической дефор-
мации.
Идею процесса разогрева при пластическом сдвиге
с некоторыми физическими усложнениями удалось затем
применить для хрупкого прочностного разрушения, при
котором происходят, как показано в гл I, образование
и возбуждение взрыва в твердых ВВ при ударе. Трение
и последующее плавление на поверхности разрыва ско
ростов деформаций при прочностном разрушении имеют
аналогию с явлениями, происходящими при сварке
металлов трением. Получен ряд подтверждений предло-
женного механизма разогрева Так, опыты с модельными
зарядами показали, что образование разогревов и воз-
буждение взрыва в приборе № 2 происходят па контакт-
ных поверхностях, где как раз имеет место разрыв ско-
ростей при разрушении. Подтверждающими являются
также опыты по возбуждению взрыва при медленном
сжатии, указывающие на самопроизвольность процесса.
Из предложенного механизма вытекает понятие о су-
ществовании предельного (наименьшего) размера об-
разца, при котором запас упругой энергии может еще
обеспечить образование эффективного очага Это поня-
тие позволило объяснить определяющую роль деформа-
ции заряда как целого при возбуждении взрыва механи-
ческим воздействием. Объяснение также получило явле-
ние аномального хода кривой частости, отмеченное в гл I
В результате изучения механизма разогрева подушен
следующий вывод: задача возбуждения взрыва при меха-
нических воздействиях в общем случае сводится к проч-
ностной (изотермической) задаче с дополнительным
условием на давление всестороннего сжатия (примени-
мость задачи ограничивается некоторой предельной ве-
личиной размера заряда) Этот вывод позволил объяс-
нить многочисленные экспериментальные результаты,
полученные при возбуждении взрыва в различных усло-
виях деформации.
Г Л A В A III
ЭЛЕМЕНТЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ПОДХОДА
К ЗАДАЧАМ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТВЕРДЫХ ВВ
К МЕХАНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ
§ 1. Развитие взрыва
в условиях механических воздействий
Как говорилось в § I введения, в вопросе о существо-
вании такого свойства ВВ, как определенная чувстви-
тельность к механическим воздействиям, имеется проти-
воречие. Из одних только условий возбуждения взрыва
(условия критических напряжений и условия прочности)
такой характеристики ие следует. Эти условия определя-
ют лишь образование самовоспламеняющегося горячего
очага и ничего не говорят о том, к какому результату
приведет в дальнейшем локальное самовоспламенение..
В то же время известно, например, из копровых испыта-
ний, что взрывчатое превращение, начинаясь локально,
может в дальнейшем затухать. Укажем в этой связи
на работу Беляева, Боболева и Ратнер f97], в которой
было предложено рассматривать вероятность взрыва при
ударе как произведение вероятности возбуждения очага
и вероятности распространения взрывчатого превращения
от очага. Очевидно, что при изучении чувствительности
ВВ к механическим воздействиям необходимо, кроме
процессов возбуждения взрыва, исследовать процесс рас-
пространения взрывчатого превращения. Весь материал,
изложенный выше, относился к возбуждению взрыва,
т. е. к образованию разогрева критической температуры
и его самовоспламенению. Гораздо меньше исследовался
процесс распространения взрывчатого превращения
из начального очага взрыва. Спецификой процесса рас-
пространения в условиях, например, воздействия ударом
является то, что распространение происходит в тонком
122
слое ВВ, поджатом высоким давлением. Остался откры-
тым вопрос о минимальном размере очага, воспламене-
ние которого приводит к самораспространяющемуся
процессу. В работах Боудена и сотр. (11, 19. 22], Боболева
и Дубовика [66, 98, 99] исследовались режимы саморас-
иространяющегося процесса методами высокоскоростной
фоторегистрации, при этом наковальня или одно из тел,
ограничивающих заряд, изготовлялись из прозрачного
материала (стекло, плексиглас).
В опытах Боудена с жидкими ВВ при ударе очаг ини-
циирования задавался небольшой полостью в ударнике.
При этом вначале развивается горение, скорость которого
быстро возрастает примерно до 300—400 м/сек, затем
внезапно следует переход в малую скорость детонации
(детонация возникает впереди ускоряющегося фронта
пламени). Аналогичная картина развития получена при
инициировании искрой и взрывом проволочки в тонком
слое жидкого ВВ, ограниченном твердыми поверхно-
стями. Если инициирование производится взрывом кри-
сталлика азида свинца, то в этом случае детонация
с малой скоростью может возникать сразу. Большая
часть опытов, относящихся к жидким ВВ, проводилась на
нитроглицерине.
Переходя к твердым ВВ, обсудим сначала случай раз-
вития взрыва в условиях тонкого слоя (1 мм), предвари-
тельно поджатого давлением примерно в 1000 атм, при
инициировании накаливанием или взрывом проволочки
)98] (схема соответствующих опытов показана па
рис. 35). Распространение взрывчатого превращения от
центра инициирования сначала происходит с ускорени-
ем, а затем с постоянной скоростью. Для такого процес-
са и, в частности, его самоускореиия нам кажется подхо-
дящим следующее объяснение: поскольку при распрост-
ранении пламени от очага отвод газообразных
продуктов реакции практически исключен, то в продук-
тах развивается высокое давление и они играют роль
своеобразного поршня, воздействующего на окружающее
ВВ в радиальном направлении и вызывающего в нем
возмущение в виде волн сжатия. Движение вещества
впереди фронта пламени приводит к нарушению сплош-
ности (образованию трещин), куда и проникают горячие
газы, усиливая процесс трещннообразовапия: горение
принимает струпный характер (на покадровой съемке
123
видны отходящие от основной области, охваченной све-
чением, многочисленные острые выбросы свечения);
увеличение поверхности горения и давления в продуктах
способствует прогрессивному сгоранию вещества и уси-
лению волн сжатия, что в принципе может вызвать
переход горения в детонацию, если режим струйного го-
рения ис стабилизируется.
Рис. 35. Схема постановки опытов
при исследовании развития взрыва
в тонком слое, находящемся под
давлением (инициирование накали-
ванием или взрывом проволочки)
1 — слой ВВ; 2 — проволочка; 3 —
прозрачное основание; 4—зеркало;
5 — ждущий фоторегистр
Для нс слишком мощных ВВ распространение плавно
ускоряется и, достигнув 300 м/сек для тетрила и
500 м/сек для дины, идет далее с постоянной скоростью
(по-видимому, в этом случае имеет место стабилизиро-
вавшийся режим струйного горения). В случае мощных
ВВ после ускорения пламени до 300 —500 м}сек происхо-
дит резкий переход иа стационарный режим распростра-
нения со скоростями: 700 м!сск у октогена, 700- 800 м!сек
у гексогена и ООО—1000 м}сек у тэпа. Происхождение
этого режима волновое, так как он возникает впереди
ускоряющегося фронта пламени. Поэтому, учитывая по-
рядок скоростей, естественно его рассматривать как ре-
жим детонации с малой скоростью. Непосредственным
подтверждением предполагаемой интерпретации режи-
мов может служить следующий опыт 166]: на пути уста-
новившегося процесса помещается преграда (использо-
валась латунная пластина толщиной 1 мм. врезанная
в плексиглас), при этом в случае октогена, гексогена и
тэпа процесс передается через преграду и следует далее
с гоп же скоростью, а в случае тетрила и дины не пере-
дается. В очень мощных ВВ типа тэна малая скорость
детонации неустойчива, она постепенно ускоряется
до 1100 м/сек и скачком переходит в детонацию с иор-
124
мальной скоростью. Ускорение и переход в детонацию,
по-видимому, являются результатом усиления волны под
действием догорания ВВ за фронтом малой скорости
детонации, если этому догоранию не воспрепятствует
большая деформация оболочки. Если продолжением
сжатого ВВ является несжатое, то интересно знать, ка-
кие изменения произойдут при распространении взрыва
из области сжатия в несжатое ВВ. В описываемых опы-
тах получено, что детонация с малой скоростью перехо-
дит при этом в детонацию с нормальной скоростью, соот-
ветствующей насыпной плотности, а быстрое горение
(до 500 м/сек) затухает.
Некоторые экспериментальные результаты по разви-
тию взрыва при ударе по тонкому слою ВВ (0,1 лш)
приведены в книге Боудена [19] Если для тэна быстрое
горение ускорялось в зоне сжатия примерно до
1000 м/сек, резко переходя при выходе в несжатое веще-
ство в детонацию с малой скоростью (ог 1000 до
2500 м/сек в зависимости от плотности и толщины слоя
ВВ), то для гексогена и тетрила горение ускоряется до
меньших скоростей (100—300 м/сек) и затухает при вы-
ходе из зоны сжатия. При воздействии ударом и созда-
нии очага инициирования небольшим количеством азида
свинца в гексогене и тетриле сразу развивается детона-
ция с малой скоростью, которая передается па окружа-
ющее боек ВВ, несколько увеличиваясь по скорости.
Картина развития взрыва в столь же топком слое тэна,
плотно зажатом между твердыми поверхностями (при
инициировании проволочкой), аналогична картине, полу-
ченной при ударе. Гремучая ртуть и органические азиды
ведует себя подобно тэну. Неорганические азиды, поме-
щенные в виде тонкого слоя между твердыми поверхно-
стями, при инициировании искрой или накаленной про-
волочкой детонируют с малыми скоростями, лежащими в
пределах от 770 м/сек (азид кальция) до 2300 м/сек
(азид свинца). В то же время, как говорилось выше, за-
ря ты азида и гремучей ртути (/z^0,2 мм) в приборе
.V? 2 детонируют при ударе, с нормальной скоростью, о
чем свидетельствует разрушение роликов.
Сумма изложенных сведений по распространению
взрыва, несмотря на их разрозненность, дает некоторое
качественное представление о характере происходящих
процессов и указывает на их сложную зависимость от
125
условий опыта (толщины слоя, давления и пр.). Количе-
ственной теории наблюдающихся режимов, пределов
их распространения и условий перехода одних режимов
в другие в настоящее время нет. Поскольку режимы рас-
пространения взрывчатого превращения могут быть
различными, го для практических оценок чувствитель-
ности В В необходимо, кроме условий возбуждения
взрывчатого превращения, установить, будет ли это пре-
вращение распространяться, а если будет, то в какой
форме.
§ 2. Классификация механических воздействий
Под чувствительностью ВВ к какому либо воздейст-
вию понимают его способность реагировать на это воз-
действие возникновением горения, взрыва или детона-
ции [36]. Причем в понятии чувствительности к ударной
волне подразумевается возбуждение детонации, в поня-
тии чувствительности к тепловым воздействиям — воз-
никновение вспышки. С этой точки зрения понятие чув-
ствительности к механическим воздействиям, в сущно-
сти, не определено. Ответ на то, о возбуждении какого
взрывчатого превращения идет речь, когда говорится о
чувствительности ВВ к механическим воздействиям, оче-
видно, следует искать в практических задачах чувстви-
тельности как раздела теории ВВ. Одна задача—без-
отказное инициирование определенного режима взрыв-
чатого превращения с помощью механического воздейст-
вия. Здесь постановка ясная. Другая задача — оценка
опасности обращения и производства ВВ В ряде случа-
ев опасность того или иного режима взрывчатого пре-
вращения тоже ясна. Обращая внимание на условия рас-
пространения взрыва, введем классификацию механиче-
ских воздействий — разделение всех механических воз-
действий на два разряда:
Л. Д е ф о р м а ц и я в з а м к н у т о м о б ъ с м е (прес-
сование, шнекование, снаряжение боеприпасов, разрыв
ной снаряд при выстреле). В таких условиях достаточно
локального воспламенения, чтобы взрыв распростра-
нился на весь объем, т. е. определяющим является про-
цесс возбуждения взрыва и оценка опасности должна
выводиться на основе следующей схемы процесса: воз-
действие (деформация)-—разогрев ВВ —тепловое само-
воспламенение. При этом для каждого частного случая
126
деформации ВВ в замкнутом объеме (для каждых част-
ных условий деформации) существует своя определен-
ная задача — прочностная задача с дополнительным
условием на давление всестороннего сжатия. Ограниче-
ние применимости этой задачи, согласно которому раз-
мер деформирующегося заряда должен быть не меньше
некоторого предельного, в большинстве случаев, по-
видимому, не существенно, так как предельные размеры
довольно малы. Опасность деформации ВВ в замкну-
том объеме должна зависеть как от свойств ВВ (крити-
ческого напряжения, механических свойств)., так и от
условий деформации. Хотя каждый частный случай
вполне определенен, в то же время для разных случаев
замкнутых объемов определенной механической чувстви-
тельности как свойства взрывчатого вещества пе суще-
ствует.
Б. Механическое воздействие но от-
крытому объему. При таких воздействиях всегда
существует зона действия 'внешних сил (зона сжатия),
которая окружена основной массой ВВ, и определяю-
щим опасность является не только процесс возбуждения
взрыва, но и процесс распространения взрывчатого пре-
вращения от начального очага па основную массу ВВ,
так как последний может затухать как в зоне сжатия,
так п при выходе из нее. В условиях испытаний твердых
В В на копре горение, возникшее от очага воспламене-
ния, затухает при спаде давления в конце удара или из-
за выброса части ВВ из области сжатия (причиной вы-
броса может быть действие сильно сжатых продуктов
горения). В обоих случаях горение затухает при гидро-
динамической разгрузке области сжатия. Если теперь
предположить, что эти факторы могут действовать все-
гда, то для непрерывного распространения взрывчато-
го превращения горение должно перейти в детонацию
до наступления разгрузки области сжатия. Учтем так-
же результат, полученный при изучении распростране-
ния взрыва в тонких поджатых слоях ВВ [19, 66, 98].
Если продолжением поджатого слоя является несжа-
тое ВВ, то быстрое горение при переходе в несжатое
ВВ затухает, а детонация передается (при этом дето-
нация с малой скоростью может переходить в детонацию
с нормальной скоростью). Таким образом, в качестве
основы для разбора задач при воздействии по открыто-
127
му объему ВВ может быть принята следующая принци-
пиальная схема: механическое воздействие—разогрев
ВВ — тепловое самовоспламенение очага — горение с пе-
реходом в детонацию в зоне сжатия — детонация в не-
сжатом ВВ. (Заметим, что, принимая такую схему про-
цесса, мы ориентируемся па большинство вторичных ВВ
Если же взрывчатая система горит столь быстро, что
разгрузка не сможет привести к затуханию горения, то
тогда схему развития процесса следует соответствую-
щим образом изменить.)
В дальнейшем будем разбирать только механическое
воздействие по открытому объему В В Как уже говори-
лось, количественной теории для стадии «горения с пе-
реходом в детонацию в зоне сжатия» в настоящее время
нс имеется. Однако очевидно, что при выходе из зоны
сжатия и в несжатом ВВ должны выполняться условия
(по крайней мере критические) для распространения
детонации. Рассмотрим несколько задач по возбужде-
нию детонации ударом, исходя из критических условий
возбуждения взрыва в зоне сжатия и критических усло-
вий распространения детонации вне зоны сжатия, точнее
при выходе из зоны сжатия (будем предполагать, что пе-
реход горения в детонацию в зоне сжатия всегда проис-
ходит, так как только при таком предположении пока
возможен дальнейший анализ вопроса).
§ 3. Некоторые общие случаи
механического воздействия
по открытому объему ВВ
Удар по «полупространству»
Рассмотрим некоторые модельные задачи, отража-
ющие наиболее общую форму воздействия. Будем разби-
рать случай удара абсолютно жесткого тела по заряду
твердого ВВ. При этом скорость ударяющего тела много
меньше скорости звука во взрывчатом веществе, т. е. про-
цесс удара происходит статически На рис. 36 приведены
схемы механического воздействия по заряду ВВ в наибо-
лее общем виде. Обратимся к схеме, изображенной на
рис. 36, а. Такой постановке отвечает задача из теории
пластичности о вдавливании жесткого штампа с плоским
128
Рис. 36. Схема удара по полупространству (сетка линий скольжения дана
по Прандтлю)
о —случай без внедрения; б — случай с сильным внедрением
основанием в полупространство. Воспользуемся для про-
стоты решением двумерной задачи (имеется несколько
сходных решений, полученных методом характеристик:
Прандтля [100], Хилла [101] и Прагера [102], среда идеа-
лизируется как жестко-пластическое тело). На рисунке
нанесены линии скольжения по Прандтлю. Из назван-
ных решений следует, что максимальное гидроста-
тическое давление при деформации (на поверхностях
скольжения) приблизительно равно 3crs. Такова же ве-
личина давления штампа па полупространство. По мере
внедрения штампа давление будет увеличиваться вплоть
до тех пор, пока поле линий скольжений не примет вид,
показанный на рис. 36, б [103]. При этом давление штампа
на среду и максимальное давление всестороннего сжа-
тия на поверхностях скольжения достигают значения
4.8cs - Экспериментальные измерения, проводившиеся при
внедрении цилиндрического плоского штампа, дали ве-
личину ~3,los [58].
Предположим, что решение для жесткопластической
среды выполняется и для хрупких тел, если вместо пре-
дела текучести подставить предел прочности пПр (такое
предположение экспериментально подтвердилось для
деформации в тонких слоях). Поскольку по условию кри-
тических напряжений необходимо, чтобы гидростатиче-
ское давление было не меньше РКр, то при ударе по схе-
мам, изображенным на рис. 36, эффективный очаг может
5 Г. Т. Афанасьев В. К. Боболев	129
образоваться лишь у тех ВВ, у которых
^<3-ь4,8,	(32)
°пр
иначе говоря, для этих ВВ при выполнении условия про-
чности, если удар производится по рассматриваемой схе-
ме, условие критических напряжений удовлетворяется
автоматически. Выше было получено, что Ркр & Р7р.
(100%) (см. рис. 33) и Ркр = 1,5—2 Ркр . Из сравнения
величины пределов прочности (см. табл. 6) и критиче-
ских напряжений (см. табл. 12) следует, что для испы-
танных инициирующих веществ (или некоторых из них)
возможно получить взрыв при ударе по полупростран-
ству. Это одна из интересных экспериментальных задач,
выполнение которой позволит уточнить условие (32).
Для того чтобы возбудить детонацию полупростран-
ства ВВ ударом, очевидно, требуется удовлетворить кри-
тическим условиям инициирования детонации. Будем
считать, что диаметр ударяющего тела D должен быть не
меньше критического диаметра детонации г/кр, а ми-
нимальный размер ударяющего тела £>МПн» еще способ-
ного возбудить детонацию, должен быть равен ему. От-
сюда следует выражение для минимального усилия уда-
ра, способного возбудить детонацию полупростран-
ства ВВ:
^мнн -^кр-	(33)
Выражения (33) распространяются на класс ВВ, отве-
чающих соотношению (32). Они получены из прочност-
ной задачи и предположения о критических условиях
инициирования детонации. Существенно, однако, вспом-
нить об ограничении задачи возбуждения взрыва для за-
рядов малого размера (в рассматриваемом случае для
малых размеров зоны удара). Если этот размер больше
критического диаметра детонации, то удар с параметрами,
определяемыми выражениями (33), не вызовет детонации
заряда, так как взрыв вообще не возбудится. Критические
диаметры детонации очень малы у инициирующих ВВ
(например, у азида свинца он порядка 10-2 мм [104]). Из
модельной схемы сдвига (см. рис. 31), па которой разби-
рался механизм образования локального разогрева, сле-
по
дует некоторый предельный размер образца пп, связан-
ный с запасом упругой энергии, необходимым для созда-
ния наименьшего очага, способного привести к саморас-
пространяющейся химической реакции. При деформации
ВВ в приборе №2 предельная толщина заряда йп долж-
на быть меньше, чем ап из-за большого градиента давле-
ния по радиусу. Этот градиент вызывает дополнитель-
ный сдвиг и переход упругой энергии (теперь уже все-
стороннего сжатия) из зоны максимального давления в
работу неупругой деформации на поверхности разрыва
скоростей деформаций. Примем условно для удара по по-
лупространству, что предельный размер зоны удара ра-
вен ап (такое предположение, по-видимому, весьма
близко к действительности, так как гидростатическое
давление в данном случае имеет тот же порядок, что и
предел прочности). Тогда при ап> ЛКр выражения для
минимального размера ударяющего тела и минимального
усилия удара, при которых должно происходить возбуж-
дение взрыва (и последующая детонация), принимают
следующий вид:
FHim — (3 -т- 4,8) -у- D мин^пр»
•Jb
И Mii п = йп-
(34)
Полученные выражения могут иметь значение в пер-
вую очередь для инициирующих ВВ. Однако произвести
конкретные оценки, связанные с этими выражениями, по-
ка нельзя. В дальнейшем требуются специальные теоре-
тические и экспериментальные исследования для уточне-
ния самих приведенных выражений и для определения
таких величин, как dKp и сп.
Если	то такие ВВ, согласно условию критических на-
пряжений, вообще не должны допускать механической обработки, т. е.
должны быть сверхчувствительными. Интересно при этом заметить,
что испытанные инициирующие ВВ не попадают в разряд сверхчувст-
вительных (и это соответствует действительности: например, при
соблюдении тщательных предосторожностей они допускают механиче-
ское измельчение) гак как для них 8кр>оП]?. Условие Ркр^ппр не ис-
черпывает вопроса о сверхчувствительности ВВ, связанной с тепло-
вым механизмом инициирования. Для сверхчувствительности необхо-
дима также легкость возбуждения детонации; кроме того, необходи-
мо, чтобы величина отбыла достаточно мала. Тем более сверхчувст-
вительными к механическим воздействиям должны быть вещества,
у которых У, ^ТидИ Ркр=0. Эффективные горячие очаги в таких
5=
131
веществах могут образовываться при сухом трепни кристал, шков ВВ
друг о друга. Прикосновен не посторонних тел, если оно сопровожда-
ется трением, может вызывать взрыв таких ВВ, причем это должно
происходить тем легче, чем ниже их температура вспышки (точнее
критическая температура). Возможно, что данными соображениями
объясняется сверхчувствительность веществ вроде подпетого азота
(температура вспышки йодистого азота .при 30-секундной задержке
составляет 50’ С), однако не исключено, что подобная сверхчувстви-
тельность связана не с тепловым аффектом механического воздейст-
вия, т е. не с разогревом ВВ при деформации [II, 36].
Для большинства вторичных ВВ отношение Ркр/Опр
значительно больше чем 34-4,8, и при ударе по схеме,
изображенной на рис. 36, эффективный очаг образовать-
ся не может, так как при этом никогда не выполняется
условие критических напряжений из-за недостаточной
величины предела прочности. Отсюда также следует, что
такие операции, как сверление и резание зарядов, не
опасны для вторичных ВВ (если не допускать разогрева
сверла и режущего инструмента), так как ограничение
давления всестороннего сжатия величиной 34-4,8 аПр
справедливо, во всяком случае, и для этих операций.
Удар по тонкому слою
Выше получено, что из-за большой разницы междх
величинами критического напряжения и предела проч-
ности, которая имеет место для большинства вторич-
ных ВВ, возбудить их взрыв по схеме механического
удара по «полупространству» невозможно. Поскольку
давление, сильно превышающее продел прочности среды,
может быть получено при деформации в тонких слоях,
рассмотрим другую модель удара по заряду ВВ
(рис, 37).
На жесткой плоской поверхности находится слой ВВ,
по которому производится удар жестким цилиндричес-
ким телом (диаметр D) с плоским основанием. Рис. 37, а
иллюстрирует удар по слою высокой плотности,
рис. 37, б — по малоплотному слою ВВ, например на-
сыпной плотности. В последнем случае, прежде чем нач-
нется существенный рост давления, ВВ в зоне удара
должно сильно уплотниться. Условия деформации в зоне
удара аналогичны условиям прибора № 2 (боковое дав-
ление окружающей ударник массы ВВ можно пе прини-
мать во внимание, так как прочность ВВ на растяжение
даже в литом состоянии очень низка) и подробно разби-
132
Рис. 37. Схемы удара по тонкому слою
а—плотность слоя близка к максимальной; б — слой низкой плотности (в на-
чале удара происходит подпрессовка вещества)
ралпсь выше. При выполнении критических условий воз-
буждения взрыва в зоне удара произойдет востамене-
ипс Распространяясь от очага воспламенения, взрывча-
тое превращение должно стать детонационным, чтобы
выйти за пределы области сжатия. Известно, что дето-
нация может распространяться не по любому заряду, а
лишь по заряду, диаметр которого не меньше </кр—
критического диаметра детонации (при цилиндрической
форме заряда). В нашем случае зарядом, по которому
должно обеспечиваться прохождение детонации, явля-
ется слой толщиной /г; детонация возможна только
тогда, когда толщина h не меньше некоторой критичес-
кой /кр, причем величина /кр по самому смыслу объясне-
ния критического диаметра детонации [105] пропорцио-
нальна т/кР , т. е. для распространения детонации за пре-
делы зоны удара необходимо, чтобы h /кр =kdKP (k —
коэффициент пропорциональности, по-видимому, близ-
кий к */2)- Обратим внимание на то, что /кр в зоне сжа-
тия (двухсторонняя оболочка) меньше, чем в несжатом
слое. Таким образом, распространение детонации лими-
тируется несжатым ВВ и в первую очередь выходом из зо-
ны сжатия в несжатое ВВ,
Теперь, используя критические условия возбуждения
взрыва в приборе № 2
Лц> = апр I1 Н--= Рвзр,	(35)
<	3 1^3 h '
133
если
Р пр	Ркр ,
и необходимое условие распространения детонации
/1 ^^/кр 1	(об}
получаем выражения параметров воздействия (диаметра уда-
ряющего тела D и усилия удара F), результатам которого дол-
жна быть детонация всего слоя ВВ. При Рпр = Ркр и Л = /кр
из выражений (33) и (34) следуют выражения для минимальной
силы воздействия и минимального диаметра ударяющего тела,
при которых это еще возможно:
F — л D2 Р
I МИН - ^мнн-* кр •
4
£>„,„ = 3/3 -1'1'—-О|:г„	(37)
°пр
Если размер ударяющего тела меньше DMHH или сила воз-
действия меньше Лмин, то детонация всего заряда невоз-
можна (при условии, конечно, что скорость ударяющего
тела много меньше скорости звука) и взрыв может произойти
лишь в зоне удара. Перечислим варианты, которые могут
встретиться при ударе по тонкому слою:
1) /i<^ZKp детонация всего слоя невозможна, возможен
взрыв в зоне удара, если F -^-D2PKp\
2) fr^>ZKp, при D<^Dmtl детонация всего слоя невоз-
можна, может быть лишь взрыв в зоне удара после одного
или нескольких разрушений, если F -^-D2PKp (после
разрушений толщина слоя под ударником становится меньше,
чем /кр; при разрушении происходит выброс вещества из
зоны сжатия п разброс части ВВ, окружающего ударник);
при £> > DMI1;I может быть возбуждена детонация всего
слоя ВВ, если F^>	FMm.
Таким образом, при ударе по тонкому слою детонация
может быть возбуждена в некоторой области изменения
параметров удара F и D, соответственно равных или пре-
вышающих FMUH п Омин, если толщина слоя h равна или
превосходит /кр.
Подобно тому, как это делалось ранее для удара по
полупространству, для удара по тонкому слою следует
134
указать на ограничение выражений для FMI1H и РМин> свя-
занных с критическим слоем детонации, когда величина
последнего оказывается меньше /?п — предельной толщины
заряда в приборе № 2, при которой еще может образовы-
ваться очаг, способный вызвать самораспространяющийся
процесс взрывчатого превращения. При /?п^>4р выражения
для и £>М1ш имеют вид
Fмин —	DytmPкр ,
Он,,., =3/3 P'q;~gnB/<n.	(38)
анр
§ 4. О количественной оценке чувствительности ВВ
к механическим воздействиям
(воздействие по открытому объему)
Принцип «минимальности воздействия»
При рассмотрении некоторых общих случаев механи-
ческого воздействия по открытому объему ВВ (удар по
«пол\пространству» и удар по тонкому слою) были най-
дены для каждого случая параметры удара, который мо-
жет возбуждать детонацию всего заряда. В каждом
конкретном случае результат воздействия полностью оп-
ределяется такими параметрами, как диаметр ударяю-
щего тела D и усилие F, развивающееся при ударе (ско-
рость удара не влияет ла значения D и F и от нее требу-
ется лишь одно — она должна быть не так велика, чтобы
привести к образованию ударной волны, инициирующей
детин щню). Поэтому именно D и F должны лежать в
основе подхода к оценке чувствительности.
Ясно, что чем большие размеры ударяющего тела
н усилия, требуются для возбуждения детонации ка-
кого-либо ВВ, тем менее чувствительно это ВВ к удару,
т. е. чувствительность ВВ к удару может быть поставле-
на в соответствие с величинами D MIUt и Лмин- Величины
Дшн и F мин характеризуют такое воздействие, при кото-
ром условия для возбуждения взрыва оптимальны. Что-
бы, однако, убедиться в этом или найти еще более
оптимальные условия для возбуждения взрыва, прове-
дем дальнейший анализ условий воздействия. Введем
135
следующий принцип — принцип «минимальности воздей-
ствия»: из всех возможных условий воздействия чувст-
вительность ВВ характеризуется параметрами такого
воздействия, при котором эти параметры минимальны.
Для того чтобы параметры «минимального воздействия»
могли действительно выступать в роли характеристики
чувствительности, требуется, кроме всего прочего, чтобы
они зависели только от свойств самого ВВ и фиксиро-
ванных параметров состояния (фиксированным пара-
метром состояния ВВ, например, является начальная
температура).
Таким образом, согласно принципу «минимальности
воздействия», сравнение ВВ по чувствительности произ-
водится не по параметрам воздействия в одинаковых ус-
ловиях, а по параметрам воздействия в условиях, опти-
мальных для возбуждения детонации и своих для
каждого В В. Например, тс ВВ, у которых Ркр >3-4-
-4-4,8 Спр (большинство вторичных), не должны детони-
ровать при ударе по «полупространству». Не должны
они также детонировать при ударе по тонком} слою,
если толщина слоя меньше критической для распростра-
нения детонации /кр . Детонация может быть возбуждена
при ударе по тонкому слою с толщиной, большей или
равной /кр (имеется в виду толщина слоя, сжатого под
ударником). Поэтому именно это? случай следует счи-
тать ответственным за чувствагельность вторичных ВВ;
при этом характеризовать ее следует параметрами
«минимального воздействия».
Выше были получены выражения для FMmi и £>М]|Н
для цилиндрической формы ударяющего тела. Покажем,
что при ударе по тонкому слою ВВ (см. рис. 37) из всех
конфигураций плоского штампа именно цилиндрическая
соответствует требованию «минимальности воздействия».
Приведем выражение для среднего давления деформа-
ции жестко-пластического тела при прямоугольной
форме штампа (а и b — стороны прямоугольника) [106]
Ps = os Г1	Г i ___£_\ 1
L 2Уз /I V 3b } J
Отсюда видно, что усилие деформирования (F = Psab)
будет наименьшим в случае квадратного сечения штам-
па, но при этом оно все равно превышает в л/4 раза то
136
усилие, которое треоуется при цилиндрическом штампе.
Остановимся на возможности перекоса штампа. До-
пустимый тангенс угла перекоса ограничен (с точки зре-
ния возбуждения взрыва) величиной порядка (h!D) кр,
которая для испытанных вторичных ВВ мала. При таких
малых углах перекоса среднее давление деформирова-
ния. как показывают расчеты по осадке клиновидных по-
ковок [58], почти не изменяется.
Зависимость чувствительности ВВ
к удару от параметров состояния ВВ
Рассмотрим зависимость параметров «минимального воз-
действия» ота параметров состояния ВВ' начальной темпера-
туры T(i. дисперсности (р — размер зерна) и плотности о.
Остановимся сначала на ударе по тонкому слою — случае,
ответственном за чувствительность вторичных ВВ. Ниже
даются выражения для £)мин и FMnI1 в предположении, что
' пр — ~ ^кр-
= 2.6	dKp (у,.	р).	(39)
%р (То)
Остановимся на зависимости этих величин от параметров
состояния ВВ. Температура и дисперсность являются фикси-
рованными параметрами состояния ВВ. плотность же в
практических условиях может быть разной. Влияние плот-
ности на величины FMHn и £>мми сказывается через зависимость,
от плотности критического диаметра детонации. На рис. 38
приведены данные, полученные в работах [107—109].
характеризующие изменения критического диаметра детона-
ции химически однородных вторичных ВВ с изменением
плотности. Как видно, критический диаметр уменьшается
с ростом плотности и, проходя через минимум, резко воз-
растает вблизи плотности монокристалла. В соответствии
с принципом «минимальности воздействия» величины ОМ1Ш
и Аиш должны находиться при той плотности, когда
критический диаметр детонации наименьший (такое значение
критического диаметра обозначим через dKp. М11Н, а критическую
137
Рис. 38. Зависимости критического диа-
метра детонации от плотности заряда:
а — верхняя кривая—для тротила с
размером зерна 0,07—0,2	нижняя —
для тротила с размером зерна 0,01—
0,05 мм (данные получены в тонкостен-
ной стеклянной оболочке) [1071.
б — тротил с средним размером зерна
0,06 .ил (целлофановая оболочка толщи-
ной 0.05 лл) [108J.
в — пикриновая кислота с размером зер-
на 0,1—0,75 мм (тонкостенная стеклян-
ная оболочка) [1071
р, г)см3
толщину детопационноспособного слоя через /чз. мпк.Та-
ким образом, для оценки чувствительности вторичных ВВ
к удару получаем
(^'мин)а<5с	Л/4 (£^мнн)абс^>::pi
(^мнн)абс = 3 V 3	/к0 нпн (70j pj
апр О о)
= 2.6	4р. „„„ (7».	(40)
Стпр Uo)
Обратимся к зависимости чувствительности вторич-
ных ВВ к удару от дисперсности и начальной температу-
138
ры. Влияние дисперсности ВВ на чувствительность,
согласно (40), проявляется только через изменение крити-
ческого диаметра детонации, который уменьшается с
уменьшением размера зерна [110—112]. На рис. 39 для
ряда ВВ приведены данные по зависимости критическо-
го диаметра детонации, полученные в работе [112] при
Рис. 39. Зависимости критического
диаметра детонации от размера зер-
на (целлофановая оболочка толщи-
ной 0 05 лт.н; плотность зарядов
1,0 г, cat3) [112]
I — тэн; II — гексоген; III — тетрил.
IV — пикриновая кислота; V— тро
тал с кристаллическим зерном;
17 — тротил с агрегатным зерном;
VII — тротил Г 1% парафинового
масла
насыпной плотности. Снижение критического диаметра с
уменьшением размера зерна имеет место и для зарядов,
спрессованных до высоких плотностей (см. рис. 38). По-
вышение начальной температуры приводит к уменьше-
нию предела прочности (см. рис. 16) и критического диа-
метра детонации. Снижение критического диаметра с
ростом температуры иллюстрируется рис. 40, постро-
енным по данным, полученным (на тротиле) в рабооте
[113] (дисперность использовавшегося порошкообразного
тротила в этой работе не приводится). Согласно выра-
жению (40), влияние начальной температуры на величи-
ны (£>)тн)абс и (FMHH)a6c может быть различным: при
изменении температуры в разных областях чувствитель-
ность ВВ может как повышаться, так и понижаться.
Перейдем к схеме удара по «полупространству». Что
касается влияния плотности, то уже сама эта схема
предполагает высокоплотное состояние заряда. Если за-
ряд имеет максимальную плотность (плотность моно-
кристалла), то
F°„B = (3 ч- 4,8) 4- (D?,,,,,)2 <глр (7-,,),
-ч
£>«„. = 4р (F„),	(41)
139
где dKp — критический диаметр детонации при плотности
монокристалла.
Принципу «минимальности воздействия» отвечает такая
плотность, критический диаметр детонации при которой
наименьший. Минимальные параметры удара, соответствующие
мин» обозначим через (ПЫ1П1)абс и (FmijiiW- Остановимся
на зависимости этих параметров от дисперсности ВВ и
начальной температуры. От дисперсности зависит критический
диаметр детонации, поэтому при	для параметров
«минимального воздействия», которое может возбудить
детонацию заряда, имеем
(/*мин)апе
= (3-4-4,8) 4^^,
4
(DW1H)
абс
“кр. мин (р)
Следует заметить, что условие dKp. МШ1 (р) 2> само
зависит от дисперсности. Укажем также, что критический
диаметр детонации и, следовательно, (DMIIH)a6c зависят от
размера зерна до тех пор, пока размер зерна не превысит
критический диаметр детонации ВВ при плотности моно-
кристалла d®p, когда значения минимальных диаметра и
усилия удара определяются выражениями (41). Эго сущест-
венно, в частности, для инициирующих ВВ. о возможности
возбуждении детонации которых при ударе по полупростран-
ству говорилось выше. Критические диаметры детонации при
плотности монокристалла у них заведомо малы и область
зависимости (Омпп)Рбс и (Г1ШН)абс от дисперсности, по-видимому,
весьма узка.
Интересно проследить роль, которую имеет при возбуж-
дении детонации ударом по «полупространству» начальная
температура. Во-первых, само условие возбуждения взрыва
по схеме удара по полупространству (32) зависит от тем-
пературы
^кр
апр (То)
<3-ь-4,8
(42)
и при повышении начальной температуры ВВ возможность
возбуждения детонации может утрачиваться. Далее, если
условие (42) выполняется, то в зависимости от того, больше
или меньше критический диаметр по сравнению с величиной
ап, значение параметров (/?шш)абс и (^мннКбс находится из
выражений (33) или (34). Однако как критический диаметр
140
Рис. 40. Зависимость критического диаметра детонации порошкообраз-
ного («) н расплавленного (6) тротила от начальной температуры (стек-
лянная оболочка) [ИЗ]
детонации, так и величина ап сами зависят от температуры;
при этом 4>(Л>) и dKp. мин (То, Р-) уменьшаются с повышением
температуры, а величина ап зависит от нее, согласно (27)
следующим образом:
'JE (Л>) Р/-П (Т,,)
=--------°—|Г (Лр - То) + U (43)
стпр (?о)
Если
^кр (То) Р dnp. мин ТО’ Р1)	(То)»
то параметры (О.,;Ш1)абс и (Емнн)абс в соответствии с
(Лмнн)абс	(3 -г- 4,8) —— (^мин)абс°пр (Т^о)
И
(Рмнн)абс - • rfj<p. мин (Т„. Н)	(44)
уменьшаются с повышением температуры. Если же
«н (То)	То)	мнн (7%, ц), то зависимость их от
начальной температуры имеет вид
(Емин)абс ~ (3 -г- 4,8)	(^мнн)абс^пр (То)»
(^мин)абс — ап(То)>	(45)
141
при р >	(Л) > (Л) минимальные диаметр и усилие
удара с ростом температуры уменьшаются, согласно выра-
жениям (41).
Подобно тому, как только что сделано для удара^по
«полупространству», можно и в случае удара по тонкому
слою проанализировать влияние начальной температуры па
параметры «минимального воздействия» в зависимости от
соотношения /,<р. ми» (Л, р) и hn(T(t). Если /кр М11Н(Л, р)>
то это влияние характеризуется выражениями (40)
Если же Лп(Л)>А<р. мин (Го, р), то имеем следующее:
(^мип)абс —	кр ,
Ч
(D..„„U = 3| Т-^~ПДГ,,) /,п(7-„).
апр О <4
(46)
Связь /1„ (То) с определяющими ее величинами неизвестна.
Интересно, однако, что (Омин)аг5с и (Лнш)абс при условии
МЛ) Мкр. мно(Л, Н) не зависят от дисперсности ВВ, хотя
само условие от нее зависит. То же самое относится и к
области р >/кР(Л)>МЛ), которая одна осталась не
рассмотрена: ЙР(Л)— критическая толщина детонационно-
способного слоя в зависимости от начальной темперагуры
Для этой области имеем
1 МКН
(dS„„)sp„p,
Г)®	__ О 1/ Q Cip	ацр (То) .0 /тп \
Ь-мпн -ор —-——---------------------/Кр (1 0).
пр ' ‘ W
(47)
Об оценке чувствительности ВВ
к механическим воздействиям
Полученные выше выражения для минимальных па-
раметров воздействия в зависимости от параметров со-
стояния ВВ, по-видимому, являются исчерпывающими
для основных случаев удара по открытому заряду ВВ
Согласно принципу «минимальности воздействия», чув-
ствительность ВВ при определенных параметрах состоя
ния (дпсперности и начальной температуре) должна
оцениваться по наименьшим значениям указанных пара-
142
метров воздействия, т. е. чувствительность должна опре-
деляться тем случаем из всех, который является самым
легким для возбуждения детонации всего заряда. Рас-
смотрим возможность распространения полученных опе-
нок, пока относящихся только к удару, на общий случай
механического воздействия по открытому объему В В.
Будем при этом исходить из сведений о поведении ВВТ
полученных в опытах при медленном нагружении заря-
дов на прессе, и принципа «минимальности воздейст-
вия». понимаемом в широком смысле.
Если бы величины, входящие в выражения для (РМин)ибс
и (ЕмиБ)абс, при ударе и при медленном нагружении были
одинаковы, то значения (DMIIH)a6c и (Емин)абс не зависели бы
от скорости воздействия. Тем не менее именно случай удара
характеризовал бы чувствительность ВВ к механическим
воздействиям по открытому объему, так как усилие, необ-
ходимое для возбуждения детонации, достигалось бы при
ударе гораздо легче из-за малости времени действия силы.
При этом имеет значение и сама величина (Емш1)абе, по-
скольку усилия, например, в сотни килограммов в условиях
статического приложения нагрузки вряд ли вообще встреча-
ются в практике обращения с ВВ (имеются в виду открытые
объемы ВВ), тогда как при ударе, например, грузом 10 кГ,
падающим с высоты 25 см, могут развиваться усилия в
десятки тонн. Таким образом, усилия при ударе и при ста-
тическом приложении нагрузки, с точки зрения реализуе-
мости их на практике, далеко не равнозначны. В какой-то
мере это обстоятельство отражается величиной	(тв<>зД—
время действия силы), которая в случае удара является
импульсом ударяющего тела. Если, однако, минимальное
усилие (Гмта)а&» требующееся для 'возбуждения детонации
заряда при статическом нагружении, составляет |10С) кГ, а
минимальное усилие (ЕМИ11)абс, которое требуется гь при ударе,
превышает его даже на порядок, то и тогда, по-видимому,
не возникает сомнений, что опасность того или иного ВВ
при воздействии по открытому объему характеризуется слу-
чаем удара.
Такие величины, входящие в выражения для (£>мии)абс »
(Емин)абс» как критический диаметр детонации и критическое
напряжение, не зависят от скорости приложения нагрузки.
Скорость деформации влияет лишь на предел прочности в
143
условиях достаточно высоких давлений. Давление оказывает
пластифицирующее действие, и при малой скорости дефор-
мирования развивается пластическая деформация, сопровож-
дающаяся упрочнением, что приводит к повышению предела
прочности. При снятии давления эффект упрочнения сни-
мается. Если давления, при которых происходит деформа-
ция, невелики, то ВВ ведут себя хрупко и при малой ско-
рости деформации. Например, при нагружении на прессе в
приборе № 2 заряды с отношением /z D, превышающем
0,10, как правило, хрупко разрушаются, когда среднее
давление достигает значения, соответствующего кривой проч-
ности, полученной при ударе. Из неравенства Л/£)^>0,1,
соотношенияРкр --(1,5ч-2)РКр и условия прочности следует,
что влияние скорости воздействия должно быть несущест-
венно для тех ВВ, у которых Ркр/^пр < 4,5 -ь- 6. Этому усло-
вию отвечают испытанные инициирующие ВВ. При медлен-
ном нагружении тонких слоев с отношением	0,1
механические свойства ВВ изменяются по сравнению со
случаем нагружения ударом. Итог этих изменений выра-
жается в том, что при медленном деформировании тонких
слоев толщина заряда, при которой происходят взрывы, не
более чем в 2—3 раза превосходит величину &кР, получен-
ную при ударе (прибор № 2). Поскольку /zjp — <Тпр/(^Кр — ппр),
то из выражении (40) следует, что (ЕМш£)абс/(ЕмТ1П)абс < 10.
Таким образом, чувствительность к механическим воз-
действиям по открытому объему определяется (практически)
чувствительностью к удару для тех ВВ, у которых вели-
чина (Емии)а5с, полученная из данных измерений при ударе,
по крайней мере не меньше 103 к.Г. Вещества, для которых
(Е м1П1)абс меньше 103 кГ, обладают высокой чувствитель-
ностью к механическим воздействиям. По-видимому, их
чувствительность выше, чем у тэна с размером зерна 100 мк
при нормальной температуре (численные оценки будут
производиться ниже). Если величина (FMini)a6c, полученная
из испытаний при ударе, меньше 103 кГ, то с уменьшением
(Ем,|Н)абс наряду с сильным ростом чувствительности к удару
ВВ становятся все более чувствительными к статическому
приложению нагрузки и, например, для инициирующих ВВ
становится чрезвычайно опасной операция измельчения их в
ступке, не говоря уже о практической недопустимости
каких-либо ударов. Величина (ЁМин)абс, полученная по дан-
144
пым измерений при ударе, должна сохранять свое значение
как показатель относительной чувствительности к статическим
механическим воздействиям и для веществ, занимающих по
чувствительности промежуточное положение между тэном и
инициирующими ВВ, если эта величина выдерживает парал-
лелизм с аналогичной величиной, найденной для случая
медленного нагружения. Таким образом, полученные выше
оценки чувствительности ВВ к удару довольно в широких
пределах отражают чувствительность ВВ к статическим
(медленным) воздействиям и с тем большим основанием их,
по-видимому, можно применять для объединенного случая,
когда имеются в виду и удар, и медленное нагружение
т. е. для характеристики чувствительности ВВ к механиче-
ским воздействиям (по открытому объему).
Чувствительность ВВ, оцениваемая по величинам
(£>мин)абс и (FM11H)a6c, зависит только от свойств В В
(прочности, температуры плавления, термохимических
и кинетических свойств, детонационной способности
и т. п.). При этом чувствительность ВВ тем больше, чем
выше его детонационная способность и чем более оно
реакционноспособно. Очевидность такой связи может
служить одним из свидетельств справедливости пред-
ложенных оценок. Влияние параметров состояния ВВ на
чувствительность его к механическим воздействиям вы-
ражается через зависимость свойств, определяющих чув-
ствительность, от этих параметров. Полученная зависи-
мость чувствительности ВВ от дисперсности (40) согла-
суется с тем обстоятельством, известным из практики
обращения, что если использовать ВВ в виде крупных
зерен, то оно менее чувствительно. Очень опасны ВВ в
высокодисперспом состоянии (случайные скопления пы-
ли ВВ могут быть на производствах причиной серьез-
ных аварий).
Границы
применимости полученных оценок
чувствительности
Обсудим границы применимости выражений, полу-
ченных для параметров «минимального воздействия».
Обратимся прежде всего к скорости удара. Скорость
удара должна быть не столь велика, чтобы в заряде об-
6 Г. Т. Афанасьев, В. К. Поболев	145
разевалась ударная волна, инициирующая детонацию.
Таким образом, требуется оценить скорость налегающе-
го тела, при которой детонация заряда возбуждается за
счет ударной волны. Пусть воздействие происходит по
схеме, изображенной па рис. 30, а. При ударе телом, на-
летающим со скоростью и0, граница раздела ВВ с этим
телом движется со скоростью и2. Для ударных волн до-
статочно малой амплитуды имеем (акустическое прибли-
жение)
«о — «2 _ Рввсвв ,	(4g)
«г Рмсм
где ом, —плотность и скорость звука для материя
ла налетающего тела, рвв и евв'—го же самое для заря-
да ВВ.
Из формулы (48) следует, что чем больше акустиче-
ская жесткость налетающего тела, тем больше массовая
скорость и2 в ударной волне, распространяющейся по за-
ряду, при одной и той же скорости удара «о- Если, на-
пример, налетающее тело изготовлено из стали, то для
вторичных ВВ массовая скорость и2 близка к скорости
удара даже при ударе по заряду с плотностью монокри-
сталла (qbbCbb/qmCm~0,1). Поскольку нас интересуют
наименьшие скорости удара, при которых ударная волна
инициирует детонацию, то будем в дальнейшем ориенти-
роваться на тот случай, когда акустическая жесткость
налетающего тела велика и, следовательно, и2 жир. Воз-
буждение детонации ударной волной является слож-
ным процессом, зависящим от давления в ударной вол-
не, ее формы и длительности, а также от поперечных
размеров налетающего тела. В настоящее время возмо-
жен только приближенный учет этих факторов. Для воз-
буждения детонации диаметр ударяющего тела должен
быть равен критическому диаметру детонации (и тогда
скорость инициирующей ударной волны должна быть
равна скорости детонации в критических условиях [114])
или больше его (при этом скорость инициирующей удар-
ной волны уменьшается с увеличением диаметра и при
приближается к скорости звука [115];	—
приблизительная величина наименьшего диаметра заря-
да, при которой скорость детонации равна идеальной
146
для данной плотности). Уменьшение скорости иницииру-
ющей ударной волны и ее амплитуды с увеличением диа-
метра связано с ослаблением боковой гидродинамиче-
ской разгрузки. Продолжительность действия ударной
волны определяется продольным размером ударяющего
тела /, от которого зависит осевая разгрузка. При умень-
шении продольного размера ударяющего тела давле-
ние в ударной волне, необходимое для возбуждения де-
тонации, увеличивается. Если	/2свв, то осевая
разгрузка становится несущественной и критическое дав-
ление в инициирующей волне не изменяется [115].
Таким образом, критическое давление в инициирую-
щей ударной волне должно быть наименьшим при
>=См ^ид/2с вв и £>2>3^ид. Будем считать, что размеры
налетающего тела удовлетворяют этим условиям Крити-
ческое давление инициирующей ударной волны сильно
зависит от плотности, например для тротила при измене-
нии плотности от 1,0 до 1,63 г/ся? оно, по данным разных
авторов, изменяется от 8—9 до 130—150 кбар [118]. Для
опенки наименьшей скорости удара, инициирующего де-
тонацию за счет ударной волны, будем ориентироваться
на насыпные плотности. Наименьшие значения критиче-
ских давлений в ударной волне, имеющиеся в литерату-
ре, составляют 2,5—3 кбар (высокодисперсные тэн [116]
и октоген [117]). Используя обобщенную ударную адиа-
бату для пористых органических веществ [118], получа-
ем, что искомая величина н0 составляет примерно
500 м/сек. Вообще говоря, для каждого ВВ существует
своя величина наименьшей скорости удара, при которой
детонация возбуждается ударной волной (эта величина
зависит от дисперсности и начальной температуры). Если
считать, что область механических воздействий относит-
ся к скоростям удара, меньшим 102 м/сек, то это, по-ви-
димому, будет удовлетворять всем использующимся
взрывчатым веществам.
Рассмотрим далее, как изменяются параметры «ми-
нимального воздействия» с повышением начальной тем-
пературы и приближением ее к температуре плавления.
Из выражений (40), (43), (45) и (46) следует, что с при-
ближением к температуре плавления (<Тпр->0) величины
яп, (Е>мин)абс и (£мин)абс стремятся к бесконечности и
тем самым ВВ становятся как бы абсолютно нечувстви-
тельными (естественно, что для ВВ, вспыхивающих до
6*	147
наступления плавления, устремление предела прочности
к нулю может иметь лишь формальное значение). В дей-
ствительности же это означает, что вблизи температуры
плавления становятся неприменимы представления о ме-
ханизме разогрева, развитые для твердого тела. Как уже
говорилось при разборе механических свойств ВВ, с при-
ближением к температуре плавления увеличивается пла-
стичность ВВ и, по-видимому, требуется переход к моде-
лям релаксирующих сред: сначала вязко-пластического
тела, а затем вязкой жидкости. В соответствии с этим
следует ожидать перехода к другим механизмам иници-
ирования взрыва при механических воздействиях.
По-видимому, этот переход происходит при
»0,9 (выше отмечалось, что обжиг роликов при взрыве
дины, соответственная температура которой в нормаль-
ных условиях равна 0,9, подобен тому, который имеет
место для баллиститных порохов в зоне вязко-пластиче-
ской деформации). На величину То/Т’пл~О,9 можно ука-
зать как на приближенную границу применимости пред-
ложенных оценок чувствительности.
Интересно заметить, что если бы возбуждение взры-
ва определялось не деформацией заряда в целом,
а происходило бы из-за микроперемещепий в заряде, то
и тогда полученные величины (£)мил)абс и (Гмнн)абс сохра-
няли бы свое значение как параметры «минимального
воздействия», способного возбуждать детонацию всего
заряда.
Методы определения величин,
характеризуют их ч у ест в ител ъность
Основываясь на задаче возбуждения взрыва и крити-
ческих условиях распространения детонации, выше были
получены выражения для оценок чувствительности при
механических воздействиях по открытому объему ВВ.
Эти выражения выведены без количественного учета
процесса развития взрыва от начального очага до дето-
нации, точнее они получены в предположении, что пере-
ход горения в детонацию в зоне сжатия всегда происхо-
дит. Поэтому выражения для параметров «минимально-
го воздействия», в соответствие с которыми ставится оп-
ределенная механическая чувствительность (воздействие
148
Рис. 41. Схема испытаний, модели-
рующая удар по полупространству
по открытому объему) как свойство ВВ, могут оказаться
неполными. Помня об этом ограничении, продолжим
далее обсуждение предложенных оценок чувствитель-
ности и следствий из них.	If
ВелИЧИНЫ (£>мив)абс и	( Ц
(FМИН)абс через свойства
ВВ, определяющие чув-
ствительность, зависят от
таких параметров состоя-
ния ВВ, как дисперсность
и начальная температура.
Поэтому говорить об оп-
ределенно й мсх а ни чсс кой
чувствительности ВВ
можно только при задан-
ных дисперсности и на-
чальной температуре.
Остановимся на экспериментальных методах опре-
деления параметров «минимального воздействия», кото-
рое может возбудить детонацию всего заряда. Па рис. 41
изображена схема испытаний, которая может применять-
ся для нахождения (£>Мин)абс и (FMIiH)a6c при ударе по
«полупространству». При этом диаметр заряда Di дол-
жен по крайней мере в 6 раз превосходить диаметр удар-
ника D (дальнейшее увеличение D{ не влияет на величи-
ну усилия, развиваемого штампом [58]) По этой же при-
чине высота заряда при ходе ударника, равном 2D, дол-
жна быть не меньше 4D. Ход ударника, составляющий
2D, вполне достаточен, чтобы развить максимальное уси-
лие внедрения (см. схему па рис. 36, б). Как уже говори-
лось, схема удара по «полупространству» сама по себе
предполагает высокоплотное состояние заряда. Поэтому
практические испытания по этой схеме должны произ-
водиться хотя и при разных плотностях, но довольно
близких к плотности монокристалла (точнее, при той
плотности, когда критический диаметр детонации наи-
меньший). Схема испытаний для удара по тонкому слою
показана на рис. 37, а. Для мощных ВВ величине
(Пмип)абс соответствуют высокие плотности, так как
критический диаметр детонации принимает наименьшее
значение при плотности прессованного заряда, прибли-
жающейся к плотности монокристалла (см. рис. 38).
149
Рис. 42. Зависимость критического диаметра де-
тонации динамона от плотности (стеклянная обо-
лочка) [ПО)
/—хорошее измельчение (ц<0,1 мм); // — сред-
нее измельчение; /// — грубое измельчение (ц=
-0,2—0,4 лл)
Для слабых ВВ (аммиачная селитра, перхлорат аммония)
и их смесей с горючим картина обратная: критический диа-
метр детонации растет с увеличением плотности (рис. 42) и
наименьшее значение имеет при низкой плотности [110, 119];
поэтому величине (DMHH)a6c соответствуют низкие плотности,
при этом ориентироваться, по-видимому, следует на насып-
ную (гравиметрическую) плотность. Промежуточный случай,
когда критический диаметр детонации с увеличением плот-
ности сначала растет, а затем уменьшается, наблюдается
для аммотола 50/50 (рис. 43) [120]. Подобный характер
зависимости критического диаметра от плотности имеется и
для тротила на участке очень низких плотностей (см.
рис. 38, б).
Таким образом, величине (£>МИн)абс для разных ВВ должны
соответствовать разные плотности. Прямой способ нахожде-
ния величины (DMlIli)a6c при ударе по тонкому слою заклю-
чается в сбрасывании грузов с ударниками разного диаметра
на слои ВВ разной толщины и плотности. Так как при ударе
по тонкому слою должны взрываться все ВВ, а при ударе
150
по «полупространству» только удовлетворяющие условию
(32), то сначала целесообразно найти величину (РМин)абс при
ударе по тонкому слою (энергия удара при этом может быть
как угодно велика) и затем проверить, вызывает ли удар
Рис. 43. Зависимость критического
диаметра детонации аммотола
60/50 от плотности (тонкостенная
стеклянная оболочка, ц ~ 0,4 .hjh )
Г120]
груза с бойком такого диаметра детонацию заряда при
испытании, моделирующем удар по «полупространству»
(см. рис. 41). Если последнее не происходит, то величина
(^мш)абс> найденная при ударе по тонкому слою, и является
искомой. Если же при испытании по схеме, изображенной
на рис. 41, заряд детонирует, то, уменьшая диаметр бойка,
следует дойти до такого, при котором получается отказ, и
тем самым определить величину (DmiII)a6c, которую и требо-
валось найти. Затем в тех условиях, в которых найдена
величина (DMI1H)a6c, можно измерить минимальное усилие
удара (FMH1!)a6c.
Рассматривавшиеся выше выражения для (£)МИ1|)абс и
(Лхин)аое имели тот недостаток, что количественно не учиты-
вали явлений формирования детонации в зоне сжатия.
Описанный способ измерения этих величин свободен от
такого недостатка (а также от предположений, делавшихся
при выводе оценок) и является, в этом смысле, идеальным.
Действительно, экспериментальное определение параметров
«минимального воздействия», вызывающего детонацию всего
заряда, уже само по себе учитывает процесс перехода горе-
ния в детонацию, процесс передачи детонации в несжатое
ВВ и т. п. (при этом детонация может происходить как с
нормальной, так и с малой скоростями: различия между
этими режимами с точки зрения опасности не делается).
Описанный комплексный метод, однако, труден в исполне-
151
пни, требует для большинства ВВ полигонных условий и
связан с большим объемом работы. Поэтому такой прямой
метод вряд ли может найти практическое применение.
Введем некоторые упрощения, которые в той пли иной
мере приводят к потере преимуществ прямого метода. По-
скольку (ЛиП1)абс пропорционально (О№1П)1бс, то почти всегда
для оценки чувствительности можно пользоваться одной из
этих величин, например (£>Мин)абс как более простой. Можно
также, основываясь на условии (32), приблизительно указать
на ВВ, возбуждение взрыва которых должно происходить
при ударе по «полупространству». Используя эмпирическую
зависимость (Тпр = 4,2 Т™ из формулы (1) и (32), имеем
Ткр<1,4 7пл,	(49)
где 7кр и Тпл выражены в градусах Цельсия. Этому усло-
вию, по-видимому, должно удовлетворять большинство
неплавящихся ВВ (вспыхивающих до наступления плавле-
ния). Основная же масса взрывчатых веществ, температура
плавления которых лежит ниже температуры вспышки,
должна испытываться лишь по схеме удара по топкому
слою. К дальнейшему упрощению приводит отдельное опре-
деление величины /кр.мии- (Установление этой величины, если
она мала, может оказаться технически сложной задачей.)
Если значение /кф.мин заранее известно, то, подвергая удару
сразу слой такой толщины, легко находится величина
(ЬМцН)абс. Те ВВ, которые удовлетворяют условию (49),
должны испытываться так же, но величина (DMUM) & должна
затем, как и в прямом методе, проверяться по схеме удара
по «полупространству».
Обратимся далее к расчетным способам определения
величии, характеризующих чувствительность ВВ к механи-
ческим воздействиям. Выражения для этих величин, давав-
шиеся выше, получены с точностью до процесса перехода
горения в детонацию в зоне сжатия. Для вычисления
(^Mmi)a6c и (^мин)аб Должны быть известны такие величины,
как Ркр, Ркр, С^пр, /кр.мпц, ^кр.мин, /кр, С^кр, ап и /?п. И тогда в
зависимости от соотношения между /кр.мин, Лп, /кр н И для
удара по тонкому слою или ^/кр.мин, ^кр и ц для удара
по «полупространству» следует использовать те или иные из
выражений, полученных выше для каждого частного случая.
Однако рассчитать указанные величины практически
152
невозможно, так как для
этого либо отсутствуют не-
обходимые данные, либо
не имеется количествен-
ной теории. Например,
вычисление критического
напряжения можно сде-
лать лишь ориентировоч-
но, ранее оно производи-
лось только для грубых
опенок. Использование
зависимоегп предела проч-
ности от температуры
плавления также воз-
можно лишь в ограничен-
ных пределах .из-за ее
эмпирического характера.
Поэтому все эти величи-
ны в настоящее время
должны определяться
экспериментально. Если
опираться на эксперимен-
тальные данные, то метод
становится полурасчет-
ным. Из соотношения
(32) или его приближен-
ного аналога (49) легко
устанавливается возмож-
ность возбуждения взры-
ва по схеме удара по
«полупространству», либо
удара по тонкому слою.
Например, большинство
вторичных ВВ должно
взрываться только при
ударе по тонкому слою.
Критический диаметр де-
тонации при плотности
J о
монокристалла акр у вто-
ричных ВВ, как прави-
ло, намного превышает
обычно использующиеся
размеры зерна (табл. 14).
Как ориентировочно указывалось выше, величина h для
вторичных ВВ составляет сотые доли миллиметра, что, по-
видимому, намного меньше, чем /Кр.мин и dKp.MMn, если веще-
ство не измельчено до чрезвычайной степени. Отсюда сле-
дует, что величины (ОМИн)абс и (Гюш)я6с должны находиться
из выражений (40). Однако требующиеся данные по /кр.М1Ш
(а также по <4р.Мин) для разных ВВ в литературе отсут-
ствуют.
Зависимость критического диаметра детонации от плот-
ности более или менее подробно изучена для тротила со
средним размером зерна 0,06 мм (рис. 38, б). При этом
наименьшее значение критического диаметра составляет
примерно 2 мм. Из выражений (40) для тротила
(Ркр ~ 11 000 кГ /см2, <тПр = 340 кГ /см2) с таким размером
зерна имеем (DWII1)a6c ~ 12,5 см и (fMHII)d6c ~ 1,5 • 10е кГ.
Заметим кстати, что результаты, приведенные на рис. 38,
относятся к нормальной скорости детонации. Распростране-
ние детонации с малой или нормальной скоростями с точки
зрения опасности пе должно различаться. Критические усло-
вия распространения детонации с малой скоростью изучались
только при насыпной плотности [ 121]. Для высокоплотных
зарядов без оболочки малая скорость детонации никем не
наблюдалась и, по-видимому, не должна существовать.
Поэтому можно ожидать, что для мощных ВВ наименьшее
значение критического диаметра соответствует нормальной
скорости детонации. Критический диаметр детонации по
малой скорости может, например, понадобиться для аммпачно-
селнтренных ВВ, детонационная способность которых с
ростом плотности уменьшается. Измерение скоростей дето-
нации в зависимости от диаметра заряда производилось для
некоторых промышленных ВВ в работе 1122].
Не имея возможности вычислить (Рмци)абс и (FM11H)a6c для
разных ВВ, попытаемся сравнить их по чувствительности,
используя результаты по критическим диаметрам детонации
при насыпной плотности. В табл. 14 приведены данные по
детонационной способности разных ВВ при нормальной
температуре, насыпной плотности (1,0 а/см3) и дисперсности
([.1 = 0,1 мм), близкой к технологической (см. рис. 39), а
также при плотности монокристалла [109]. (Данные для
октогена получены Апиным и Белиной.) Кроме того, в
таблице помещены измеренные значения предела прочности
сгпр, критического напряжения в приборе № 2, величины
154
(h/D) и вычисленные из выражений (39) величины £>миН и
Лмин Для насыпной плотности, а также величины DMIJH для
плотности монокристалла. Заметим, что величина DMflH
непосредственно следует из значения (h/D)
Полученные значения £>Мин и Лши намного превосходят
(^мин)абс и (Гмин)абс» характеризующие чувствительность ВВ
к механическим воздействиям.
Если, в частности, вычислить величины £)М11Н и Гмии для
тротила насыпной плотности со средним размером зерна
0,06 мм, то они окажутся соответственно в —6 и —36 раз
меньше, чем значения (£>мнн)абс и (FMHl[)a6c, указывав-
шиеся выше для тротила с таким размером зерна. Для тэна,
как следует ожидать, это отличие еще меньше, так как
тогда наименьший критический диаметр детонации для пего
([1 = 0,1 мм) должен был бы составлять 0,3 мм, что всего
лишь в 3 раза превышает размер зерна и вряд ли возможно.
Но и при таком отличии величина (ЕМН|1)абс была бы не меньше
103 кГ—величины, на которую мы ориентировались при
обсуждении применимости количественных оценок, характе-
ризующих чувствительность ВВ к удару, к механическим
воздействиям (по открытому объему) вообще. Чувствитель-
ность инициирующих ВВ должна быть намного выше, чем
тэна, так как они детонируют при испытании по Велеру,
т. е. (£Мни)абс для них меньше, чем 1,5 мм. Значения
вычисленные для азида свинца по схемам удара по «полу-
пространству» удара по тонкому слою, имеют порядок
1СГ2 мм. Поскольку величины ап и йп остаются неизвест-
ными, то эти значения могут оказаться заниженными по
отношению К (Омнн)абс-
Если принять вычисленные значения Рмин и Ем„„
(см. табл. 14) в качестве приближенных показателей чувст-
вительности, то можно расположить изученные ВВ в сле-
дующей последовательности (с повышением чувствительности):
тротил, пикриновая кислота, тетрил, гексоген, октоген, тэн,
инициирующее ВВ. Полученный ряд чувствительности ВВ
к механическим воздействиям совпадает с опорным рядом.
Следует заметить, что сравнение ВВ по чувствительности
при какой-либо другой, но одинаковой дис.пс|>спости не
155
внесло бы изменений в полученный ряд, так как единствен-
ная зависящая от нее величина — критический диаметр дето-
нации—при изменении размера зерна изменяется подобно для
испытанных вторичных ВВ, т. е. отношение критических
диаметров для разных ВВ при переходе от одного размера
зерна к другому сохраняется (см. рнс. 42).
В выражении (40) для величины (£>М11н)абс, предложенной
для количественной оценки чувствительности вторичных ВВ,
множитель (Ркр — опр)''(т11р отвечает за возбуждение взрыва,
а множитель /кр. MIIH (или dKp. ?.<Ш|) — за распространение дето-
нации (при этом полагается, что переход горения в детона-
цию в зоне сжатия всегда происходит). Это отнюдь не
означает, что можно отдельно судить о чувствительности
ВВ к возбуждению взрыва и чувствительности к распрост-
ранению. Только то и другое совместно позволяют говорить
о механической чувствительности ВВ, являясь стадиями про-
цесса, лежащим в ее основе. Если бы мы попытались судить
об относительной чувствительности ВВ к возбуждению по
величине (Ркр — сг11Р) /цпр, то в действительности мы бы оце-
нивали чувствительность ВВ к механическим воздействиям,
считая, что величина /кр. мпн (или вообще способность ВВ
к распространению взрыва) для сравниваемых веществ оди-
накова. (Кстати, именно так и считалось, когда рассматри-
валась деформация ВВ в замкнутом объеме, и говорилось,
что оценка опасности при этом сводится к задаче возбуж-
дения взрыва, так как распространение взрыва в замкнутом
объеме должно следовать затем самопроизвольно.) Точно
так же, характеризуя величиной /кр, МШ1 чувствительность
к распространению взрыва, мы бы оценивали чувствитель-
ность ВВ к механическим воздействиям, как бы заранее зада-
вая множитель, отвечающий в оценке за возбуждение взрыва,
постоянным для сравниваемых веществ. Хотя примеры такого
рода и поясняют существо оценок и природу чувствитель-
ности, мы остановились на двух множителях, составляющих
оценку, с другой целью. Множитель, отражающий возбуж-
дение взрыва, определен нами точно, множитель же, отра-
жающий распространение, основан на ряде предложений;
кроме того, вместо множителя /кр. М1|И при расчете величин
^мин и Емпн (см. табл. 14) была использована величина х/3 dKP
при насыпной плотности. Принимая во внимание вид зави-
симости критического диаметра детонации от плотности
(см. рис. 38), можно считать, что порядок следования ВВ
156
по величине критического диаметра гпри увеличении плот-
ности не изменится. Так как порядок следования всех испы-
танных ВВ, кроме октогена, как по одному, так и по дру-
гому множителю был одним и тем же, то по величинам
(ОМин)абс И (ЛичОабс ряд чувствительности будет тем же,
который получен выше. Можно ожидать также, что отно-
сительное различие величины /кр.мин п ^кр. мкн будет мень-
шим, чем различие критических величин при насыпной плот-
ности, и тогда удельный вес множителя, отвечающего в оценке
за возбуждение взрыва, существенно возрастет. Это может
привести к тому, что октоген по чувствительности окажется
еще ближе к тэну (или даже превзойдет его).
Иногда, например при синтезе ВВ, требуется быстро
и хотя бы грубо оцепить чувствительность какого-либо
нового вещества. Такой метод в очень грубом приближении
может быть указан для индивидуальных ВВ. Из соотноше-
ния (3), применявшегося ранее для грубых оценок величины
критического напряжения Ркр, следует Ркр— Ткр — Тпя.
В свою очередь ТКр — Тпл тем больше, чем больше разность
температуры вспышки и температуры плавления. Используя
этот параллелизм, а также эмпирическую зависимость
oljp = 4,2TM и неравенство Ркр>>оПр (что обычно хорошо
выполняется для вторичных ВВ), для грубого сопоставления
ВВ по чувствительности из выражения (40) получаем
(^мии)абс' ~---------А<р. мин	(50)
* пл
(Твсп И Тпл выражены в градусах Цельсия).
Ориентировочное мнение о чувствительности какого-
либо ВВ может быть составлено в сравнении с чувстви-
тельностью членов опорного рода. Если найденная для
этого ВВ величина (ГВсп—ТПл)/Тпл оказывается близ-
кой к таковой для одного из членов опорного ряда, то,
какое из них чувствительнее, зависит от детонационной
способности. Последняя же для вторичных В В, как пра-
вило, тем выше, чем больше мощность ВВ. Поэтому в
ряде простых случаев можно составить предположитель-
ное мнение о чувствительности В В по отношению к чле-
нам опорного ряда. Если сравнивать таким образом ок-
тоген с тэном или гексогеном, то в этом сложном случае
вынести какое-либо определенное суждение не удается.
157
Применение подобного ориентировочного метода может
иногда приводить к прямой ошибке, например в случае
дины, которая не укладывается в эмпирическую зависи-
мость предела прочности от температуры плавления. За
исключением случаев прямых ошибок, по-видимому
весьма редких, описанный метод может быть часто по-
лезным для предварительной ориентировочной оценки
чувствительности новых ВВ, тем более, что при этом не
требуется большого количества вещества. (Кстати ска-
зать, при экспериментальном синтезе В В такие величи-
ны, как Тпл и Тпсп, обычно определяются и с другими
целями.) Этот метод, хотя и оставляет желать много
лучшего в смысле его точности, все же является более
строгим, чем сопоставление частости взрывов в стан-
дартном приборе или приборе № 2, которое с точки зре-
ния опенки чувствительности вообще не имеет обоснова-
ния.
При анализе механического воздействия по открыто-
му объему ВВ показана главным образом возможность
применения к этому случаю представления об определен-
ной чувствительности к механическим воздействиям как
свойстве каждого ВВ, а также возможность количествен-
ного выражения этого свойства. Поскольку выражения
для (DMI|,i)a6c и (F>uln)a6c получены без количественного
учета процесса развития взрыва от начального очага до
детонации, то с проведением соответствующих исследо-
ваний они должны уточняться. Однако даже в таком
виде эти оценки довольно хорошо отражают сложившие-
ся при практическом использовании ВВ представления
об их относительной чувствительности (опорный ряд) и
зависимости чувствительности от разных факторов; впро-
чем, последнее может иллюстрироваться разбором воз-
можных путей флегматнзации ВВ.
§ 5. О флегматнзации ВВ
Высокая чувствительность ВВ к механическим воз-
действиям зачастую является основным препятствием
для производства и применения этих ВВ Поэтому осо-
бую важность приобретает искусственное понижение
чувствительности ВВ — их флегматизация.
Возможные способы флегматнзации весьма просто обна-
руживаются из анализа полученных количественных оценок
158
чувствительности. С этой целью запишем приближенные
выражения для (Рмии)абс и (ЛтОабс в наиболее простом виде,
исходя из пропорциональной зависимости предела прочности
от температуры плавления и из последовательной пропор-
циональной связи
Ркр Ркр ~ Ркр Тпл,
(Рмин)абс	(£^ми11 )абс (Ркр — Рпл),
(51)
1 пл
Понижению чувствительности должно соответствовать
увеличение значений (2>МНн)абс и (Рмин)абс- Отсюда видно, что
снизить чувствительность ВВ к механическим воздействиям
(по открытому объему) можно путем увеличения ^кр. мин,
увеличением Ркр и уменьшением Тпл.
Способ снижения чувствительности посредством умень-
шения температуры плавления, который может осуществляться
изготовлением эвтектических сплавов ВВ, весьма прост и
должен давать довольно сильный эффект, так как Тпл вхо-
дит как в числитель, так и в знаменатель выражений (51).
Чувствительность эвтектики должна понижаться по сравне-
нию с чувствительностью хотя бы одного из индивидуаль-
ных ВВ, образующих эвтектику. Еще более глубокой флег-
матизации можно достигнуть, создавая тройные эвтектиче-
ские сплавы (или с еще большим числом компонент).
Для другого способа флегматнзации — увеличения
критического диаметра детонации — можно рекомендо-
вать увеличить размер зерна в технологических продук-
тах, если размер зерна меньше критического диаметра
детонации монокристалла.
Еще один способ флегматнзации следует из выраже-
ний (40) и заключается в понижении предела прочности
ВВ. Предел прочности можно понизить, используя
поверхностно-активные вещества, вводя в ВВ малопроч-
ные или легкотекучие добавки и т. д. При введении
таких добавок увеличивается и критический диаметр
детонации, что дает дополнительный флегматизирую-
щий эффект. В качестве добавок можно выбирать
малопрочные и малочувствительные ВВ, а также мало-
прочные и легкотекучие вещества, улучшающие кисло-
159
родный баланс основного ВВ, что будет содействовать
повышению мощности состава. Этот способ флегматиза-
ции широко применяется на практике (сплавы тротил+
4-гексоген, гексоген-}- добавка типа парафина, пласти-
ческие ВВ. водонаполпенные ВВ). Надо заметить, что
инертные пластифицирующие добавки существенно
затрудняют развитие взрыва от начального очага до
детонации [93, 123] — стадии процесса, которая пе учиты-
вается в предложенных оценках. На практике пластифи-
цирующие добавки используют даже для флегматизации
инициирующих ВВ.
Таким образом, предложенные оценки чувствитель-
ности позволяют в известной степени обосновать спосо-
бы флегматизации, широко применяющиеся на практике
(что в свою очередь подтверждает сами оценки) и
выявить некоторые новые способы. Оценки указывают
па возможности количественного подхода к флегматп
зацип ВВ, которая до сих пор осуществляется эмпирн
чески.
Выводы
Сформулированная выше задача возбуждения взры-
ва при механических воздействиях и имеющиеся в
настоящее время качественные сведения о развитии
взрыва из локального центра инициирования позволили
рассмотреть принципы количественного подхода к зада-
чам чувствительности, уточнить само понятие чувстви-
тельности и предложить для воздействий по открытому
объему ВВ простую оценку чувствительности.
Если разделить все механические воздействия па два
разряда: деформация ВВ в замкнутом объеме и воздей-
ствие по открытому объему ВВ, то с точки зрения
количественной оценки опасности они существенно
различаются. При деформации в замкнутом объеме
(прессование, шнековапие, снаряжение боеприпасов
и т. д.) после локального воспламенения следует само-
произвольный процесс развития взрыва, и оценка опасно-
сти подобной деформации сводится к решению задачи
возбуждения взрыва. Поскольку это решение в каждом
конкретном случае зависит как от свойств ВВ. так и от
условий деформации, то для всех вместе случаев дефор-
160
мации в замкнутом объеме такого свойства каждого ВВ,
как определенной чувствительности, не существует.
При механических воздействиях по открытому объему ВВ
выйти за пределы зоны сжатия и распространиться на
основную массу ВВ может только детонационный
процесс, так как (горение затухает при гидродинамиче-
ской разгрузке, например, как показывают наблюдения,
при выходе из зоны сжатия. Поэтому опасность такого
воздействия (т. е. чувствительность к нему) определя-
ется как возбуждением взрыва в эоне сжатия, так и
развитием взрыва до детонации и распространением
последней за зону сжатия. Таким образом, для случая
деформации в замкнутом объеме понятие чувствитель-
ности к механическим воздействиям как способность ВВ
взрываться при этих воздействиях сохраняет свою силу.
В случае же воздействий по открытому объему ВВ оно
требует конкретизации: чувствительность — это способ-
ность ВВ детонировать от этих воздействий (взрыв
только в зоне сжатия данным определением не охваты-
вается). Впрочем, если говорить о взрыве всего заряда,
то понятие становится общим для обоих случаев
механических воздействий.
Если из всех механических воздействий по открыто-
му объему ВВ теперь выделить тс воздействия, к кото-
рым данное ВВ чувствительно, то естественно затем
судить о чувствительности этого вещества по самому
слабому из них. Иными словами (принцип «минималь-
ности воздействия»), чувствительность ВВ к механиче-
ским воздействиям по открытому объему должна харак-
теризоваться параметрами такого наиболее слабого
воздействия, когда условия возбуждения и ра пштпя
взрыва, а также распространения детонации для лого
ВВ выполнены, т. е. такого воздействия, koi (a имсп
место оптимальный случай возбуждения icioh.iiiHii
заряда. Этот принцип был руководящим при выводе
количественных оценок чувствительности ВВ к улару по
открытому объему. При этом он был использован для
выбора оптимальной (с точки зрения во.<оуж к пи i
детонации) схемы удара (по «полупространству* и in ип
тонкому слою), конфигурации ударяющего тел и и п i и
ности ВВ. Оценка чувствительности ВВ ирон водно ч пн
наименьшим величинам диаметра ударявшим » и щ и
усилия при ударе, при которых еще может быт» нон, ।
о I
депа детонация основной массы ВВ. Количественные
выражения для этих величин основываются на критиче-
ских условиях возбуждения взрыва и критических усло-
виях распространения детонации. Все выражения
получены в предположении, что с выполнением этих
условий формирование детонации в зоне сжатия всегда
происходит (в настоящее время не имеется теоретиче-
ских моделей, с помощью которых можно было бы
описать процесс развития взрыва от очага до детона-
ции). Принцип «минимальности воздействия» позволил
обосновать, что оценки чувствительности ВВ к удару в
широкой степени отражают и чувствительность ВВ к
механическим воздействиям вообще (воздействие по
открытому объему). Полученные оценки неприменимы
при скоростях удара, столь высоких, чтобы возбуждение
детонации происходило за счет ударной волны, образую-
щейся при соударении. Неприменимы они также при
начальных температурах, близких к температуре плав-
ления ВВ, так как с приближением к жидкому состоя-
нию утрачивает свое значение механизм, ответственный
за возбуждение взрыва в твердых телах.
Согласно полученным оценкам, чувствительностьВВ
к механическим воздействиям по открытому объему тем
больше, чем выше реакционная способность ВВ, его
прочность, температура плавления и детонационная
способность. Целенаправленным изменением этих
свойств может осуществляться флегматизация ВВ.
Влияние начальной температуры и дисперсности ВВ на
чувствительность проявляется через зависимости от них
критического диаметра детонации и прочности от началь-
ной температуры. Приближенное вычисление оценок
чувствительности ВВ к механическим воздействиям по
открытому объему при нормальной температуре и
дисперсности, близкой к технологической, приводит к
ряду чувствительности ВВ, который согласуется с опор-
ным.
Это обстоятельство, как указывалось в § 1 введения,
является необходимым условием правильности метода
оценки чувствительности. Независимое подтверждение
оценок следует, кроме того, из соответствия им обще-
принятых способов флегматизации ВВ.
Таким образом, разделение всех механических
воздействий на два разряда позволило разрешить
162
противоречие в вопросе о существовании такого свойст-
ва ВВ, как определенной механической чувствительно-
сти: оно существует при воздействии по открытому
объему и не существует при деформации в замкнутом
объеме. Предпринятую попытку количественного подхо-
да к задачам чувствительности следует, по-видимому,
рассматривать лишь как начальный этап разработки те-
ории чувствительности (обсуждение принципов подхо-
да).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Остановимся кратко на перспективных направлени-
ях исследований в 'Области чувствительности взрывча-
тых материалов (твердые ВВ, пиротехнические составы,
твердые ракетные топлива, баллиститные пороха,
жидкие ВВ) к механическим воздействиям. Отдельный
разбор деформации в замкнутом объеме и механическо-
го воздействия по открытому объему, по-видимому,
останется целесообразным для всех взрывчатых систем.
Кроме того, при деформации в замкнутом объеме ив
для каких взрывчатых систем, по-видимому, нельзя
будет ввести такой характеристики системы, как опреде-
ленной механической чувствительности, и необходимо
будет в каждом конкретном случае исследовать возбуж-
дение взрыва. Для экспериментального исследования
чувствительности взрывчатых систем при деформации в
замкнутом объеме, очевидно, основную роль будут
иметь методы моделирования. При механическом
воздействии по открытому объему, кроме задачи воз-
буждения взрыва для всех взрывчатых систем, будут
необходимы количественный учет условий распростране-
ния взрыва и соответствующее уточнение понятия
чувствительности. При этом, по-видимому, можно будет
говорить о такой характеристике взрывчатой системы,
как определенной механической чувствительности, для
количественного выражения которой потребуется приме-
нение и усовершенствование принципа «минимальности
воздействия». Таким образом, при разработке теории
чувствительности различных взрывчатых систем можно
ожидать, что общий методологический подход будет
единым и каждый раз, в частности, понадобится знание
количественных закономерностей возбуждения и рас-
пространения взрыва. Классификация механических воз-
действий может далее быть детализирована, отражая
при этом специфические особенности производства п
применения различных взрывчатых систем. Заметим
164
также, что способы флегматнзации, пригодные для воз-
действий по открытому объему, не обязательно долж-
ны подходить для того или иного случая деформации в
замкнутом объеме и могут иногда оказаться прямо про-
тивоположными.
Обратимся к твердым ВВ. В разряде деформаций в
замкнутом объеме для них требуется исследование ряда
частных задач по возбуждению взрыва, на основе
которых можно было бы построить теорию безопасности
прессования, теорию преждевременного взрыва разрыв-
ных снарядов при выстреле и т. д. В разряде воздейст-
вий по открытому объему все исследования в той или
иной мере связаны с количественной оценкой чувстви-
тельности: либо служат целям усовершенствования ее,
либо получению на ее основе зависимостей чувствитель-
ности от тех или других факторов. Последнее требуется
для анализа влияния на чувствительность параметров
состояния ВВ (начальной температуры, дисперсности,
влажности), для выбора мер по флегматнзации и для
выяснения связи чувствительности с химическим строе-
нием ВВ. Выяснение такой связи имеет большое значе-
ние для целенаправленного синтеза ВВ. Нахождение ее
предполагает наличие по крайней мере зависимостей
реакционной способности, прочности, температуры плав-
ления и детонационной способности от структуры,
каждая из которых пока еще далека от разрешения и
и может служить предметом отдельных фундаменталь-
ных исследований. Тем не менее имеющиеся тенденции
в изменении температуры плавления, температур
вспышки и мощности ВВ, скажем, в пределах какого-
либо гомологического ряда или при введении заместите-
лей, могут во многих случаях быть полезным, хотя и
приблизительным ориентиром, для выбора направления
синтеза. Работы (1, 69 и др.], в которых затрагивалась
зависимость чувствительности от строения, основывав-
шиеся на данных по процентам взрывов в том или ином
приборе, представляют в этом смысле весьма ограни-
ченный интерес.
Для усовершенствования оценок чувствительности
гвердых ВВ к механическим воздействиям по открыто
му объему требуется разработка теории мехашимп
разогрева и исследование механики разрупн инн и
физических процессов, сопровождающих его. Нсиб.чп шм
и»
разбор причин разброса прочности зарядов, который
приводит к 'Вероятностному (характеру испытаний ВВ в
применявшихся приборах. Заметим, что управление
шириной вероятностной зоны и постановка однозначного
эксперимента имеют принципиальное значение как пря-
мое доказательство принятого в теории нестатистическо-
го подхода к явлению возбуждения взрыва. Если теоре-
тическое изучение механизма разогрева и процесса
разрушения служит для нахождения аналитического
выражения величин, уже входящих в оценки, то иссле-
дование критических условий развития взрыва может
привести к введению в них новых физических величии.
Поэтому усовершенствование оценок в дальнейшем
определяется главным образом исследованиями процесса
развития взрыва. При выводе оценок мы рассматривали
только случай, когда в зоне сжатия сформировался
нормальный режим детонации. Если же в зоне сжатия
распространяется режим детонации с малой скоростью,
то для перехода детонации в несжатое ВВ плотность
ВВ в несжатой зоне должна быть, очевидно, невелика.
Критическая толщина сжатого слоя при этом может
значительно превосходить величину /кр. мин, использо-
вавшуюся выше. В других случаях необходимо учиты-
вать длину участка, который требуется для развития
взрыва ют очага до детонации. Эти процессы, как уже
говорилось, не имеют количественной теории Сущест-
венно, однако, что для экспериментальной оценки
чувствительности подобная теория и не нужна, так как
в любом случае требуется определить наименьшую
величину диаметра ударяющего тела, при котором воз-
можна детонация всего заряда. Поэтому вопрос о мето-
де испытаний твердых ВВ на чувствительность следует
считать в принципе решенным, остаются лишь трудности
его наиболее удобной технической интерпретации.
Остановимся кратко на относительном характере
оценки чувствительности, который заключается в том,
что можно говорить лишь о большей или меньшей
чувствительности одного ВВ по сравнению с другим.
Бессмысленно, например, было бы суждение о том, что
чувствительность какого-либо ВВ больше чувствитель-
ности другого во столько-то раз. Надо сказать, что не
одна чувствительность находится в таком положении:
она в этом смысле имеет аналогию с таким свойством ВВ,
166
как, например, детонационная способность. Удобнее
всего взрывчатые вещества сравнивать по чувствитель-
ности с теми из них, о чувствительности которых имеют-
ся вполне устойчивые эмпирические представления.
Таковыми являются ВВ, входящие в опорный ряд. Таким
образом, опорный ряд, совпадение с которым служило
ранее необходимым условием правильности оценки,
приобретает теперь не менее важную роль — роль эмпи-
рической «шкалы» чувствительности.
Заканчивая обсуждение твердых ВВ, заметим, что
на практике наибольшее применение находят смессвыс
ВВ. Механизм инициирования смесевых ВВ имеет ряд
особенностей, которые пока еще находятся на пачальпоЛ
стадии изучения. Исследование этих особсшни n it
должно привести к разработке правил гост нои niri
смесей, обеспечивающих приемлемую чувствительное п.
их к механическим воздействиям.
Значительные трудности имеются также в иссю ины
ппи механизма возбуждения взрыва баллистшиыч поре
хов, пиротехнических составов и твердых ранении спи
лив. Разнообразие механических свойств этих гнчгп
позвопяет заранее предполагать для них и pa iwoofipgui
форм механизма инициирования взрыва. Cymwrntyoiyin
роль при этом может играть физико-химическе». ihiii
модействие компонентов. Важное значение дли нинык
пых систем, по-видимому, будет иметь механизм
ва при внешнем трении. Немалая роль при трении MBi
принадлежать электрическим явлениям, которые до гн •
пор в связи с вопросами чувствительности нс р.нуы^рн
вались. Для баллиститпых порохов, пнротехпп'П’ецц
ставов и твердых ракетных топлив (в отличие in
чатых веществ) основным режимом взрывчатое л (в-(
щения является горение. Таким образом, п<» i чушпнш
тельностью данных систем к механическим nnviia.
ям по открытому объему следует понимать и • | .......
ность сгорать при этих воздействиях При • 1-
параметров механического воздействия,
чувствительность, существенное значение долл-не
скорость воздействия В 'особенности это отшп и | >
стемам, содержащим полимеры. Вопрос о
нии такого свойства системы, как определенна^
тельность, может решаться лишь после выми.•
параметров воздействия, 'Определяющих приис. е^Иг»,
чения и распространения горения.
ЛИТЕРАТУРА
]. Ф /1. Баул. К. Л Станюкович, Б. II. Шехтер. Физика взрыва. М..
Фнгм атгиз, 1959.
2. А/. .4. Холево. Сб. «Физика взрыва», № 3. М., Изд-no АН СССР,
1955, стр. 16; Сб. «Теория взрывчатых веществ». М., Оборопгнз,
1963, стр. 5.
3. //. А. Холево. Труди Казанского химико-технологического инсти-
тута, № 10, 91 (1946) № 11, 116 (1947)
•1. К. К. Андреев. Сб. «Теория взрывчатых веществ». М., ОборгШ'нз,
1963, стр. 37.
5.	К. К. Андреев. Там же, стр. <89.
6.	К. К. Андреев, Ю. А. Теребилина. Там же, стр. 53.
7.	G. В. KisliaAovski, R. Connors. Science in World War II v. Chemi-
stry, 1946.
8.	И Koenen, К. M. Ide, IV. Haupt Explosivstofic, № 8, 178 (1958)
9	10. H Рябинин. ЖФХ, 20, 1363 (1946).
19 Ю. H. Рябинин. ДАН СССР. 58, 245 (1947)
11.	Ф. Бойден, А Иоффе. Быстрые реакции в твердых веществах. М.,
ИЛ, 1962.
12.	Р. W. Bridgman. J. Chem. Phys., 15, 311 (1947).
13.	Ю. Б. Харитон. Сборник по теории взрывчатых веществ. М., Обо-
ронгиз, 1940, стр 177.
1 I. А. Ф. Беляев. Т м же, стр. 7.
15.	IV Е. Garner. Trans. Faraday Soc., 34, 985, 1008 (1938).
16	II Muraour. Ibid., p. 989.
17.	Авт. свид. 158727; Бюлл. нзобрст., № 22, 53 (1963).
18.	F. P. Bowden, 9-ih Simp. (Ini.) on Comb. N. Y.— L. Academic
Press, 1963, p. 499.
19.	Ф. Ф. Боуден и 1 Д. Иоффе. Возбуждение и развитие взрыва
в твердых п жидких веществах. М, ИЛ, 1955.
20.	Л. Г. Болховитинов. ДАН СССР, 126 , 3220 (1959).
21.	В Е. Гордеев, А. И Сербинов, Я К Трошин. ПМ.ТФ № 1, 45
(1967).
22.	F. Р. Bowden, М. Р. McOnie. Nature 206 380 (1965).
168
23.	Е. К. Rideal, A. J. Robertson. Pros. Roy. Soc., A195, 135 (1948).
24.	В. Прагер. Сб. «Механика», № 3 (31). M., ИЛ, 1958, стр. 121.
25.	И. А. Биргер. Изв. АН СССР, Механика и машиностроение, АГ» I.
193 (1964).
26.	-1. Фрейденталь, Л. Гейрингер. Математические теории псупру-
гой сплошной среды. М., Физматгиз, 1962.
27.	В. А. Сухих, Ю. Б. Харитон. Сб. «Вопросы теории взрывчатых ве-
ществ», вып. 1. М —Л., Изд-во АН СССР, 1947, стр. 149.
28.	Ф. Боуден, Д. Тейбор. Трение и смазка. М , Машгиз, 1960.
29.	Л. Г. Болховитинов. ДАН СССР, 125, 370 (1959).
30.	Д. Г. Болховитинов. ЖФХ, 34, 476 (I960).
31.	Л Г. Болховитинов. Кандидатская диссертация. М., ИХФ АН
СССР, 1960.
32.	Р. №. Bridgman. J. Chem. Phys., 9, 794 (1911).
33.	Я. И. Лейтман. Сб. «Вопросы теории взрывчатых веществ»,
вып. 1. М,—Л., Изд-во АН СССР, 1947, стр. 134.
34.	7. Wenograd. Trans. Faraday Soc.. 57. 1612 (1961).
35.	R. F. Chaiken, F. I. Cheselske. J. Chem. Phys., 43, 3228 (1965).
36.	К. К. Андреев, А. Ф. Беляев. Теория взрывчатых веществ. М.,
Оборонтиз, 1963.
37.	Л. Г. Болховитинов, П. Ф. Похил. ДАН СССР, 123, 637 (1958).
38.	В. К. Боболев, Л. Г. Болховитинов. Изв. АН С( < Р, OX1I, 4,
754 (1960).
39.	Г. Т. Афанасьев, В. К. Боболев, Л. Г. Волхова! итм< ДАН СССР,
136, 642 (1961).
40.	Н. Н. Семенов. О некоторых проблем-ах химической кинетики и
реакционной способности. М., Изд-во АН СССР, 1958.
41.	Д. .4. Франк-Каменецкий. Диффузия и тсплопергд. Ча и химиче-
ской кинетике. М., Изд-во АН СССР, 1947.
12. О. М. Тодес. ЖФХ, 13, 868 (1939).
43.	О. К. Rice. J. Am. Chem. Soc., 57, 310, 1044, 2212 (1935).
44.	И. E. Gohcen. J Math, and Phis., 20, 107 (1949).
45.	T. Boddington. 9-th Simp. (Int.) on Comb. N. Y.— 1 . Aci'hinh
Press, 1963, p. 287.
46.	Л1. //. Friedman. Trans. Faraday Soc., 59 1865 (1963).
47.	J. Zinn. J. Chem. Phys., 36, 1949 (1962).
48.	А. Г. Мержанов, В. В. Барзыкин, В. Л1. Гонтковская. /(All 1 « « I
148, 380 (1963).
49.	Р. И. Thomas. Con b. a. Flame, 9, 369 (1965).
50.	/1. G. Mcrzhanov. Comb. a. Flame, 10, 341 (1966).
51.	А. Г. Мержанов. Кандидатская диссертация. M., ИХФ All < I 1 I
1959.
52.	А 7. В. Robertson. Trans. Faraday Soc., 44, 977 (1918).
53.	К. К. Андреев. Термическое разложение .и горение 'взрывч«иы|
ществ, М.» «Наука», 1966.
1*>
54.	А. И. Сербинов. ДАН СССР, 129, 627 (1959).
55.	В. Олыиак, Я. Рыхлевский, В. Урбановский. Теория пластичности
неоднородных сред. М., «Мир», 1964.
5G.	Е. Ю. Орлова. Химия и технология бризантных взрывчатых ве-
ществ. М., Оборонгиз, 1960.
57.	С. И. Губкин, Б. П. Звороно, В. Ф. Катков, И. А. Норицын,
Е. А. Попов, Г. А. Смирнов-Аляев, А. Д. Томленое, Е. П. Унксов,
Л. А. Шофман. Основы теории обработки металлов давлением.
М., Машгиз, 1959.
58.	Е. П. Унксов. Инженерная теория пластичности. /VI., Машгнз,
1959.
59.	О. Л. Бак ши, Л. Л1. Качанов. Изв. АН СССР. Механика, № 2, 134
(1965).
60.	В. В. Соколовский. Теория пластичности. М., ГИТТЛ, 1950.
61.	S. Ljungberg, Nobel Hefte, II. 1, 40 (1958).
62.	И. А. Кильчевский. Теория соударения твердых тел. М.—Л., Гос-
техиздат, 1949.
63.	А. Н. Динник. Избранные труды, т. 1. Киев, Изд-во АН УССР,
1952.
64.	Г. Т. Афанасьев, В К. Боболев. ДАН СССР, 138, 886 (1961).
65.	П П Кобеко. Аморфные вещества. М.—Л., Изд-во АН СССР,
1952.
66.	Г. Т. Афанасьев, В К. Боболев, А. В. Дубовик, В. С. Жученко.
Сб. «Взрывное дело», № 63/20. М., «Недра», 1967, стр. 86.
67.	Л' К. Андреев, Ю. А. Теребилина. Сб. «Теория взрывчатых ве-
ществ». М., Оборонгиз, 1963, стр. 72.
68.	В. Тейлор и .4. У иль. Сб. «Инициирующие вещества», вып. 2.
М— Л., ОНГИ, 1935, стр. 63.
69.	Л. Велер, О. Венцельберг. Там же, стр. 97.
70	Т. Urbanski. Sprengsioflv.es, 2, 41 (1938); 3, 62 (1938).
71	Al Я- Васильев, Д. Б. Балашов, Л. Н Мокроусов. ЖФХ, 34,
2454 (1960).
72.	А. Л. Бочвар. Металловедение. М., Металлургиздат, 1956.
73.	Г. Т. Афанасьев, В. К. Боболев, И. Л. Карпухин. Сб. «Взрывное
дел-о», № 52/9. М., Гос/гортехиздат, 1963, стр. 5.
74.	И Я. Тарнавский, Л. А. Поздеев, О. А Ганаго, В. Л. Колмого-
ров, В. И. Трубин, Р. А Вайсбурд, В И. Тарнавский. Теория
обработки металлов давлением. М., Металлургиздат, 1963.
75.	С. Zener, L. Н. Holloman. J. Appl. Phys., 15, 22 (1944).
76.	М. В. Якутович, Ф. П. Рыбалко. ДАН СССР, 60, 227 (1948).
77.	Т. Томас. Пластическое течение и разрушение в твердых телах.
М., «Мир», 1964.
78.	Л. М. Качанов. Основы теории пластичности М., ГИТТЛ, 1956.
79.	Р. Хилл. Сб. «Механика», № 3 (49). М., ИЛ, 1958, стр. 53.
80.	Р. Хилл. Сб. «Механика», № 1 (47). М., ИЛ, 1958, стр. 77.
81.	В. Т. Койтер. Общие теоремы упруго-пластических сред. М., ИЛ,
1961.
170
82.	Г. И. Беренблатт. ПМТФ, № 4, 3 (1961)
83.	Б. В. Дерягин. Что такое трение. М., Изд-во АН СССР, 1963.
84.	П. О. Пашков. Разрыв металлов. Л., Сулпромгиз, I960.
85.	П. О. Пашков. ПМТФ. № 6, 182 (1963).
86.	А. Ф. Вавилов, В. П. Воинов. Сварка трением. М., Машинострое-
ние, 1964.
87.	В. И. Билль. Сварка металлов трением М., Маштнз, 1959.
88.	S. Malmrud, S. Claesson. Ark. Kerni, 25. 201 (1965).
89.	П. В. Бриджмен. Новейшие работы в области высоких давлений
М., ИЛ, 1948.
80.	Р. Хилл. Сб. «Механика», № 1 (47). М , ИЛ, 1958, стр. 77.
91.	К Д. Андреев, Н. Д. Мацрина, Ю. А. Русакова. ДАН СССР
105, 533 (1955).
92.	А. А. Андреев, Ю. А. Теребилина. Сб «Теория взрывчатых ве-
ществ». М . Оборонгиз, 1963, стр. 81.
93.	В. X Боболев, И. А. Карпухин. ФГВ, № 4, 471 (1967)
94.	С Н Johansson, A. Person, Н. L. Selherg. Арр! Sci. Res., А5, 433
(1955).
95.	П. М Огибалов, И А Кийко. Поведение вещества пол давле-
нием. М., Изд-во МГУ, 1962.
96.	Г. Д. Фельдман. Холодное выдавливание стальных деталей. М.,
Машгпз, 1963.
97.	.4. Ф. Беляев, В. К. Боболев, 3. И. Ратнер. ДАН СССР, 50 303
(1945).
98.	В К. Боболев, А В. Дубовик. ПМТФ, № 2, 150 (1965).
99.	А. В Дубовик, В К Боболев. Сб «Взрывное дело», № 63/20,
М„ «Недра», 1967, стр. 72.
100.	Сб. «Теория пластичности». М., ИЛ, 1948.
101.	Р. Хилл. Математическая теория (пластичности., М., ГИТТЛ,
1956.
102.	В. Прагер, Г. Ходж. Теория идеально-пластических тел. М„ ИЛ
1956.
103.	А. Д. Томленое. Теория пластических деформаций металлов. М,
Машгиз, 1951.
104.	.4. Ф. Беляев, Л. И. Азбукина, Л. Н. Стевик Сб «Физика взры-
ва», № 3, М., Изд-во АН СССР, 1955, стр. 135.
105.	Ю. Б. Харитон. Сб «Вопросы теории взрывчатых веществ»,
вып. М.— Л., Изд-во АН СССР, 1947, стр 7.
106.	G. G. Meyerhof, Т. К. Chaplin. Brit. J Appl. Phys., 4, 20 (1953).
107.	В К. Боболев. ДАН СССР, 57, 789 (1947).
108.	Л. И. Стесик, Л. Н. Акимова. ЖФХ, 33, 1762 (1959).
109.	.4. Я. Апин, Н. Ф. Велина. Сб. «Взрывное дело», К» 63/20. М.,
«Недра», 1967, стр 5.
110.	А. Ф. Беляев. Сб. «Вопросы теории взрывчатых веществ», вып. 1.
М.—Л.. Изд-во АН СССР, 1947, стр. 29.
111.	В. К. Боболев. Сб. «Физика тзрыва», № 2. М., Изд-во АН СССР,
1953, стр. 167.
171
112	А. Я Апин, Л Н Стесик. Сб. «Физика взрыва», № 3. М., Изд-во
АН СССР, 1955, стр. 87.
113.	Л. Ф. Беляев, Р. X. Курбангалина. ЖФХ, 34, 603 (1960).
114.	Г. Г. Ремпе и>. Сб. «Теория взрывчатых веществ». М, Оборонгиз,
1963, стр. 561.
115.	Ф. -4. Баум. Л. С. Державен,. Сб. «Взрывное дело», JC 60/17. М.,
«Недра», 1966, стр 68.
116.	G. Е. Seay, L. В. Seely. ,1. Appl. Phys., 32, 1092 (1961)
117	4. В. Дубовик. Кандидатская диссертация. М., ИХФ АН СССР,
1966.
118	И. М Воскобойников, А. И. \фанасенков, В. М. Богомолов.
' ФГВ, № 4, 585 (1967).
119.	В. А. Горьков. Р. X. Курбангалина. ФГВ, № 2, 21 (1966)
120.	В. К. Боболев. Кандидатская диссертация. М., ИХФ АН СССР,
1947.
121.	А. К. Парфенов, А. Я. Апин. Научно-технические проблемы го-
рения и взрыва, № 1, 109 (1965).
122.	А. К. Парфенов, И. Л1 Воскобойников, Л. Я. Апин. Сб «Взрыв-
ное дело», К? 60,17. М., «Недра», 1966, стр. 29.
123.	Р W. Linder. Trans. Faraday Soc., 53, 1024 (1961).
ОГЛАВЛЕНИЕ
От редактора ............................................
Введение .................................................................................. 5
§ 1.	О проблеме чувствительности ВВ к механическим
воздействиям ...................................... s
§ 2.	О механизме возбуждения взрыва ударом .	.	11
Глава I. Критические условия	возбуждения взрыва при ударе	23
§	1.	Очаговый тепловой взрыв............................23
§ 2.	Условие критических напряжений и деформация
в тонких слоях ................................... 2&
§	3.	Результаты тензометрических измерений	.	,	35
Метод измерения давлений при ударе	...	35
Механика холостого удара...................................................37
Механика «снаряженного» удара............................................. 42
Оптический метод измерения перемещений	.	.	44
Работа деформации заряда...................................................4С
Механические Свойства твердых ВВ .	.	.	.	50
Зависимость давления, при котором фиксируется
взрыв, от толщины заряда.................................................... .	59
§ 4.	Критические условия деформации............................................... 63
Об адиабатическом периоде индукции ...	63
Условие прочности	............................................... 67
§ 5.	Частость взрывов......................................................... 79
Кривые частости	.	............ 70
Изменение частости	взрывов	с	толщиной	заряда	76
Выводы......................................................................... 81
Глава II. Механизм разогрева	ВВ до критических температур	83
§ 1.	О неизотермической деформации	пластических тел	83
§ 2.	Описание механизма разогрева.91
§ 3.	Экспериментальное подтверждение механизма
разогрева.............................................................95
Опыты с модельными зарядами..................................... 98
Поведение ВВ при статическом	сжатии	...	97
Аномалия кривых частости........................................."
173
§ 4	Разбор известных моделей среды и механизмов
разогрева..........................................101
§ 5.	Применимость полученных выводов к условиям
деформации,	отличным от условий прибора № 2	109
Выводы.............................................120
Глава III. Элементы количественного подхода к задачам
чувствительности твердых В В к механическим воз-
действиям	................................122
§ 1.	Развитие взрыва в условиях механических воз-
действий ..........................................122
§ 2.	Классификация механических	воздействий .	.	126
§ 3	Некоторые общие случаи механического воздей-
ствия по	открытому объему ВВ...................128
Удар по	«полупространству»...................128
Удар по	тонкому слою.........................132
§ 4	О количественной оценке чувствительности ВВ к
механическим воздействиям (воздействие по от-
крытому объему)..................................135
Принцип «минимальности воздействия» ...	135
Зависимость чувствительности ВВ к удару от па-
раметров состояния ВВ ........................137
Об оценке чувствительности ВВ к механическим
воздействиям..................................142
Границы применимости полученных оценок чув-
ствительности ................................145
Методы определения величин, характеризующих
чувствительность..............................148
§ 5.	О флегматизации	ВВ..........................158
Выводы .	.	,	,	.	.	.	.	.	.	.	180
Заключение................................................164
Литература...............................*	•	168

эд
ОПЕЧАТКИ
Страница	Строна	Напечатано	Должно быть
20	Ф-ла (1)		7’пл(Р)=Л,л + ^-
168	7 св.	Трудв	Труды
Г. Т Афанасьев, В. К. Боболев