Influence of the metal microstructure on the jet formation process

E. M. Grif, A. V. Guskov, K. E. Milevsky

Abstract


Based on a review of the scientific and technical literature, an analysis is made of the influence of the material’s microstructure of the cumulative lining on the breakdown ability of cumulative charges: depending on the average diameter, strength of the boundaries, uniformity of shape, size and orientation of the grains of the metal. A model of the ideal metal structure of the cumulative cladding is advanced and substantiated. An assessment of the current level of development of technologies for the production of cumulative linings is carried out, promising technologies are considered, the possibility of creating cumulative linings with the required microstructure is evaluated. Based on the assumption of the indivisibility and integrity of the metal’s grain, based on the postulates of the mesomechanical phenomenon of grain-boundary sliding, the idea is put forward that it is possible to conduct numerical experiments on the formation of cumulative jets with a different set step of the computational grid. A numerical calculation of the functioning of the cumulative charges of a conical and complex conical-annular shape of the lining for the side of the grain cell of 500, 250 and 125 μm is carried out. The efficiency of the jet formation process is visually assessed depending on the grain size according to the parameters distinguished: the directions of the velocity vectors of the material grain cells, and also the parameter γ is introduced – the angle between the reduced velocity vector of the head of the jet and the axis of symmetry of the jet formation. The results correlate with existing knowledge about the physics of the cumulation process: as the size of the side of the cell-grain decreases, the direction of the metal flow increases, the shape of the head of the jet “stretches”. The proposed method for numerical studies of the relationship between the microstructure of the cumulative lining and the breakdown ability of the cumulative charge opens up wide opportunities for further research, including when modeling cumulative facings with finer grains and for the various modifications of the mathematical formulation of the problem.


Keywords


cumulation; grain size; shaped-charge jet; shaped-charge lining

References


Физика взрыва. В 2 т. Т. 2 / под ред. Л.П. Орленко. – Изд. 3-е, испр. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. – 656 с.

Zuev, L.B. Elastoplastic Strain Invariant of Metals / L.B. Zuev, S.A. Barannikova, A.G. Lunev // Usp. Fiz. Met. – 2019. – Vol. 19, № 4. – P. 379–417. DOI: 10.15407/ufm.19.04.379

Козлов, ЭВ. Зеренная структура, геометрически необходимые дислокации и частицы вторых фаз в поликристаллах микро- и мезоуровня / ЭВ. Козлов, Н.А. Конева, Н.А. Попова // Физ. мезомеханика. – 2009. – Т. 12, № 4. – С. 93–106.

Пат. 2180723 РФ, МПК F42B1/036, B21D22/14. Способ изготовления осесимметричной облицовки кумулятивного заряда / Э.И. Владыкин, А.Е. Курепин, В.А. Семин. – № 2000125292/02, заявл. 10.05.2000; опубл. 20.03.2002.

Технология изготовления облицовок кумулятивных зарядов, обладающих повышенной пробивной способностью / В.В. Калашников, Д.А. Деморецкий, О.В. Трохин и др. // Известия Самар. науч. центра РАН. – 2011. – № 1-2.– С. 373–376.

Минин, В.Ф. Технология изготовления анизотропной облицовки кумулятивного заряда / В.Ф. Минин, О.В. Минин, И.В. Минин // Вестник СГУГиТ (Сибир. гос. ун-та геосистем и технологий). – 2016. – Т. 36, № 4. – С. 237–242.

Кондратьев, Н.С. Многоуровневые модели пластичности многофазных поликристаллических материалов, основанные на физических теориях пластичности и вязкопластичности /

Н.С. Кондратьев, П.В. Трусов // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2015. – № 1. – С. 76–105. DOI: 10.15593/perm.mech/2015.1.06

Yanov, D.V. Simulation of dynamic channel angular pressing of copper samples using experimental data of loading / D.V. Yanov, S.A. Zelepugin // J. Phys.: Conf. Ser. – 2019. – Т. 1214. – Номер статьи 012023. DOI: 10.1088/1742-6596/1214/1/012023

Recrystallization in microcrystalline copper and nickel prodused by equal-channel angular pressing: I. structural investigations. Effect of anomalous growth / V.N. Chuvil’deev, V.I. Kopylov, A.V. Nokh-rin et al. // The Physics of Metals and Metallography. – 2003. – Vol. 96, № 5. – P. 486–495.

Elsukova, T.F. Mechanisms of severe plastic deformation of polycrystalline aluminum on a mesoscale upon cyclic loading / T.F. Elsukova, V.E. Panin, Y.F. Popkova // Russian Metallurgy (Metally). – 2011. – Vol. 2011, № 10. – P. 956–960. DOI: 10.1134/s0036029511100028

Воротилин, М.С. Анализ существующих технологий изготовления кумулятивных облицовок / М.С. Воротилин, Т.И. Дронова // Известия ТулГУ. Технич. науки. – 2012. – № 11-1. – С. 329–335.

Панин, В.Е. Физическая мезомеханика зернограничного скольжения в деформируемом поликристалле / В.Е. Панин, В.Е. Егорушкин, Т.Ф. Елсукова // Физ. мезомеханика. – 2011. – № 6. – С. 15–22.

Шарифуллина, Э.Р. Обзор экспериментальных исследований структурной сверхпластичности: эволюция микроструктуры материалов и механизмы деформирования / Э.Р. Шарифуллина, А.И. Швейкин, П.В. Трусов // Вестник Пермского нац. исследоват. политехн. ун-та. Механика. – 2018. – № 3. – С. 103–127. DOI: 10.15593/perm.mech/2018.3.11

Meyers, M.A. Mechanical Metallurgy: Principles and Applications / M.A. Meyers, K.K. Chawla. – Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1984. – P. 688–731.

Панин, В.Е. Деформируемое твердое тело как нелинейная иерархиечески организованная система / В.Е. Панин, В.Е. Егорушкин // Физ. мезомеханика. – 2011. – Т. 14, № 3. – С. 7–26. DOI: 10.1016/j.physme.2011.12.002

Marinin, M.A. Modeling of the Welding Process of Flat Sheet Parts by an Explosion / M.A. Marinin, S.V. Khokhlov, V.A. Isheyskiy // Journal of Mining Institute. – 2019. – Vol. 237. – P. 275–280. DOI: 10.31897/PMI.2019.3.20

Wu, H. A comparative study for the impact performance of shaped charge JET on UHPC targets / H. Wu, F. Hu, Q. Fang // Defence Technology. – 2019. – P. 506–518. DOI: 10.1016/j.dt.2019.04.005

Experimental and numerical study on the meso-scopic characteristics of metal composites jets by a shaped charge / F. Wang, D. Ma, P. Wang et al. // Journal of Applied Physics. – 2019. – Vol. 126 (9). – Number article 095901. DOI: 10.1063/1.5100781

Liu, Y. Study on the overdriven detonation wave propagation in double-layer shaped charge/ Y. Liu, J. Yin, Z. Wang // Physics of Fluids. – 2019. – Vol. 31 (9). – Number article 092110. DOI: 10.1063/1.5112772

Xu, W. The jet formation and penetration capability of hypervelocity shaped charges / W. Xu, C. Wang, D. Chen // International Journal of Impact Engineering. – 2019. – Vol. 132 (2019) – Number article 103337. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2019.103337

Пат. 2478904C1 РФ. МПК F42B1/02. Устройство для формирования кольцевой кумулятивной струи / Д.В. Маляров, И.В. Жданов, И.Б. Тарасов. – № 2011144493/11; заявл. 02.11.2011; опубл. 10.04.2013.


Refbacks

  • There are currently no refbacks.