Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2026, выпуск 4 » Статья стр. 694
<<<>>>
Сопротивление высокоскоростному деформированию и разрушению углерод-углеродного композита при ударно-волновом нагружении
Минобрнауки России, Комплексное исследование физико-химических свойств и процессов в веществе в условиях высокоэнергетических воздействий, 124020600049-8
Гареев А.Р.1, Гаркушин Г.В.2, Мочалова В.М.2, Разоренов С.В.2, Савиных А.С.2, Уткин А.В.2
1Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИ графит", Москва, Россия
2Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН, Черноголовка, Московская обл., Россия
Email: utkin@icp.ac.ru
Поступила в редакцию: 4 июля 2025 г.
В окончательной редакции: 3 декабря 2025 г.
Принята к печати: 3 декабря 2025 г.
Выставление онлайн: 5 марта 2026 г.
PDF версия
Определены ударная сжимаемость, структура фронта волны сжатия и откольная прочность однонаправленного углерод-углеродного композиционного материала УУКМ 1-D при распространении ударных волн под углами 0, 45 и 90o относительно ориентации волокон. С использованием лазерного интерферометра VISAR осуществлена регистрация профилей скорости свободной поверхности и массовой скорости на границе с водяным окном при одновременном измерении скорости распространения ударных волн. При распространении ударных волн под углами 0 и 45o зарегистрирована двухволновая конфигурация волнового фронта. Найдена зависимость ударной адиабаты и откольной прочности от направления ударно-волнового воздействия. При давлении ударного сжатия ~ 30 GPa на ударной адиабате зарегистрирован излом, свидетельствующий о фазовом переходе в углероде. Показано, что исследованный композит не разрушается в области упругой деформации, а величина откольной прочности определяется его динамическим пределом упругости и превышает 1 GPa. При пластической деформации образец УУКМ 1-D теряет упругие свойства, и его откольная прочность уменьшается на порядок независимо от ориентации волокон. Ключевые слова: углерод-углеродный композит, ударная волна, ударная адиабата, динамический предел упругости, откольная прочность.
  1. P.N.B. Reis, J.A.M. Ferreira, Z.Y. Zhang, T. Benameur, M.O.W. Richardson. Compos. Part B Eng., 46, 7 (2013). DOI: 10.1016/j.compositesb.2012.10.028
  2. D.M. Dattelbaum, J.D. Coe, P.A. Rigg, R.J. Scharff, J.T. Gammel. J. Appl. Phys., 116, 194308 (2014). DOI: 10.1063/1.4898313
  3. I. Taraghi, A. Fereidoon, F. Taheri-Behrooz. Mater. Des., 53, 152 (2014). DOI: 10.1016/j.matdes.2013.06.051
  4. E. Zaretsky, G. DeBotton, M. Perl. Int. J. Solids Struct., 41, 569 (2004). DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2003.09.026
  5. D.M. Dattelbaum, J.D. Coe. The dynamic loading response of carbon-fiber-filled polymer composites. In V.V. Silberschmidt (editor). Dynamic Deformation, Damage and Fracture in Composite Materials and Structures (Woodhead Publishing, 2016), p. 225-277. DOI: 10.1016/B978-0-08-100080-9.00009-9
  6. P.-L. Hereil, O. Allix, M. Gratton. J. Phys., IV (7), C3 (1997). DOI: 10.1051/jp4:1997391
  7. V.M. Mochalova, A.V. Utkin, V.E. Rykova, M. Endres, D.H.H. Hoffmann. Arch. Mech., 71, 417 (2019). DOI: 10.24423/aom.3144
  8. V. Mochalova, A. Utkin, A. Savinykh, G. Garkushin. Compos. Struct., 273, 114309 (2021). DOI: 10.1016/j.compstruct.2021.114309
  9. S.A. Bordzilovskii, S.M. Karakhanov, L.A. Merzhievskii. Combust. Explos. Shock Waves, 33, 354 (1997). DOI: 10.1007/BF02671876
  10. J.C.F. Millett, N.K. Bourne, Y.J.E. Meziere, R. Vignjevic, A. Lukyanov. Compos. Sci. Technol., 67, 3253 (2007). DOI: 10.1016/j.compscitech.2007.03.034
  11. W. Riedel, H. Nahme, K. Thoma. Equation of state properties of modern composite materials: Modeling shock, release and spallation. In AIP Conf. Proc. (American Institute of Physics, 2004), p. 701-706, DOI: 10.1063/1.1780335
  12. N. Agarwal, A. Rangamani, K. Bhavsar, S.S. Virnodkar, A.A.A. Fernandes, U. Chadha, D. Srivastava, A.E. Patterson, V. Rajasekharan. Front. Mater., 11, 1374034 (2024)
  13. T. Lassig, F. Bagusat, S. Pfandler, M. Gulde, D. Heunoske, J. Osterholz, W. Stein, H. Nahme, M. May. Compos. Struct., 182, 590 (2017). DOI: 10.1016/j.compstruct.2017.09.031
  14. B.X. Bie, J.H. Han, L. Lu, X.M. Zhou, M.L. Qi, Z. Zhang, S.N. Luo. Compos. Part Appl. Sci. Manuf., 68, 282 (2015). DOI: 10.1016/j.compositesa.2014.10.001
  15. A.V. Bushman, V.P. Efremov, V.E. Fortov, G.I. Kanel, I.V. Lomonosov, V.Y. Ternovoi, A.V. Utkin. Shock Compression Condens. Matter, 1991, 79 (1992). DOI: 10.1016/B978-0-444-89732-9.50018-2
  16. P.J. Hazell. Dyn. Deform. Damage Fract. Compos. Mater. Struct., 337 (2016). DOI: 10.1016/B978-0-08-100080-9.00012-9
  17. J. Ribeiro, I. Plaksin, J. Campos, R. Mendes, J. Gois. Process of shock attenuation inside a hollow glass microsphere/polymeric composite media. In: AIP Conf. Proc. (American Institute of Physics, 2000), p. 559-562, DOI: 10.1063/1.1303536
  18. R.F. Trunin, L.F. Gudarenko, M.V. Zhernokletov, G.V. Simakov. Experimental data on shock compression and adiabatic expansion of condensed matter (RFNC-VNIIEF, Sarov, 446, 2001)
  19. S. Katz, E. Zaretsky, E. Grossman, H.D. Wagner. Compos. Sci. Technol., 69, 1250 (2009). DOI: 10.1016/j.compscitech.2009.02.031
  20. D.M. Dattelbaum, J.D. Coe. Polymers, 11, 493 (2019). DOI: 10.3390/polym11030493
  21. T.A. Rostilov, V.S. Ziborov. Acta Astronaut., 178, 900 (2021). DOI: 10.1016/j.actaastro.2020.10.022
  22. В.М. Мочалова, А.В. Уткин, А.В. Павленко, С.Н. Малюгина, С.С. Мокрушин. ЖТФ, 89 (1), 126 (2019). DOI: 10.21883/JTF.2019.01.46973.122-18 [V.M. Mochalova, A.V. Utkin, A.V. Pavlenko, S.N. Malyugina, S.S. Mokrushin. Tech. Phys., 64 (1), 100 (2019). DOI: 10.1134/S1063784219010225]
  23. R.C. Huber, J. Peterson, J.D. Coe, D.M. Dattelbaum, L.L. Gibson, R.L. Gustavsen, J.M. Lang, S.A. Sheffield. J. Appl. Phys., 127, 105902 (2020). DOI: 10.1063/1.5124252
  24. J.C.F. Millett, N.K. Bourne, N.R. Barnes. J. Appl. Phys., 92, 6590 (2002). DOI: 10.1063/1.1506389
  25. S.A. Bordzilovskii, S.M. Karakhanov, K.V. Khishchenko. Explos. Shock Waves, 49, 121 (2013). DOI: 10.1134/S0010508213010140
  26. C.S. Alexander, C.T. Key, S.C. Schumacher. J. Appl. Phys., 114, 223515 (2013). DOI: 10.1063/1.4846116
  27. D.C. Wood, G.J. Appleby-Thomas, A. Hameed, N.R. Barnes, A. Hughes, P.J. Hazell. J. Mater. Sci., 53, 11415 (2018). DOI: 10.1007/s10853-018-2431-0
  28. N.K. Bourne, S. Parry, D. Townsend, P.J. Withers, C. Soutis, C. Frias. Philos. Trans. R. Soc. Math. Phys. Eng. Sci., 374, 20160018 (2016). DOI: 10.1098/rsta.2016.0018
  29. S. Shah, P.J. Hazell, H. Wang, J.P. Escobedo. Compos. Part B Eng., 112438 (2025)
  30. S. Shah, P.J. Hazell, H. Wang, J.P. Escobedo. Shock Wave Propagation in Unidirectional CFRP at Different Orientations. In Hypervelocity Impact Symp. (American Society of Mechanical Engineers, 2024), p. V001T07A002, https://asmedigitalcollection.asme.org/hvis/proceedings-abstract/HVIS2024/88728/1218760 (accessed June 30, 2025)
  31. V. Mochalova, A. Utkin, D. Nikolaev. J. Appl. Phys., 133, 245902 (2023). DOI: 10.1063/5.0155414
  32. V. Mochalova, A. Utkin, V. Sosikov, V. Yakushev, A. Zhukov. Shock Waves, 32, 715 (2022). DOI: 10.1007/s00193-022-01104-3
  33. L.M. Barker, R.E. Hollenbach. J. Appl. Phys., 43, 4669 (1972). DOI: 10.1063/1.1660986
  34. G.I. Kanel, A.S. Savinykh, G.V. Garkushin, S.V. Razorenov. Re-Reflections of an Elastic Precursor of a Shock Wave in Solids. In Dokl. Phys. (Springer, 2021, p. 35-38), https://idp.springer.com/authorize/casa?redirect_uri= https://link.springer.com/article/10.1134/S1028335821020038 \&casa_token=m67TQmSjhdMAAAAA: GhxsibO7f4jjtGw2HI5VZBEKP9uxR _FcwUqUuxuuXSDX9TtPjUFYTmtgd 8S0VeAYRkUVv1XgTdDyhj_Ci0I (accessed April 23, 2025)
  35. Г.И. Канель. Ударные волны в физике твердого тела (Физматлит, М., 2018) https://www.rfbr.ru/library/books/2814/ (accessed November 24, 2025)
  36. G. Kanel, S. Razorenov, A. Utkin, V. Fortov. Shock-Wave Phenomena in Condensed Media (Yanus-K, M., 1996)
  37. D.J. Erskine, W.J. Nellis. J. Appl. Phys., 71, 4882 (1992)
  38. D.J. Erskine, W.J. Nellis. Nature, 349, 317 (1991)
  39. Н.А. Златин, С.М. Мочалов, Г.С. Пугачев, А.М. Брагов. ЖТФ, 45 (3), 681 (1975)
  40. Н.А. Златин, Г.С. Пугачев, С.М. Мочалов, А.М. Брагов. ФТТ, 17, 2599 (1975)
  41. С.А. Новиков, И.И. Дивнов, А.Г. Иванов. Физика металлов и металловедение, 21, 608 (1966)
  42. W. Xie, W. Zhang, L. Guo, Y. Gao, D. Li, X. Jiang. Compos. Part B Eng., 153, 176 (2018).

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme