Взаимодействие ударника с преградой при протекании электрического тока вдоль ее поверхности

Abstract

Представлены возможные схемы электромагнитной защиты преграды. Исследовано взаимодействие ударника с основной стенкой преграды после его проникания через предзащитный слой. Данная проблема актуальна также для токоведущих шин рельсовых ускорителей. Выполнен теоретический анализ взаимодействия ударника с мишенью при однонаправленном электрическом токе для случая, когда кинетическая энергия ударника достаточна для образования кратера из расплавленного металла вокруг вершины ударника. Анализ базировался на сформулированном обобщенном термодинамическом критерии разрушения твердых тел. Рассмотрен ударник, имеющий наконечник в форме полусферы, направление удара считается нормальным к поверхности мишени. Найдено распределение электромагнитного давления в слое расплавленного металла и определено изменение результирующей силы сопротивляемости материала за счет электромагнитных сил. Сделан вывод, что ток снижает прочностные характеристики материала за счет того, что добавочная электромагнитная сила направлена в глубь мишени, т.е. совпадает с направлением скорости ударника.

Наведено можливі схеми електромагнітного захисту перешкоди. Розглянуто взаємодію ударника з основною стінкою перешкоди після його проникання крізь передзахисний шар. Проблема актуальна також для струмоведучих шин рейкових прискорювачів. Виконано теоретичний аналіз взаємодії ударника з перешкодою за наявності скерованого електричного струму у випадку, коли кінетична енергія ударника достатня для утворення кратера з розплавленого металу навколо вершини ударника. Аналіз базувався на сформульованому узагальненому термодинамічному критерії руйнування твердих тіл. Розглянуто ударник, що має наконечник у формі півсфери, напрямок удару приймається нормальним до поверхні мішені. Знайдено розподіл електромагнітного тиску у шарі розплавленого металу і визначено зміну результуючої сили опору матеріалу за рахунок електромагнітних сил. Зроблено висновок, що за наявності поверхневого електричного струму характеристики міцності матеріалу зменшуються внаслідок того, що додаткова електромагнітна сила спрямована у глиб мішені, тобто збігається з напрямком швидкості ударника.

We present possible schemes of electromagnetic shielding of a barrier. We study interaction between a striker and the main plane of a barrier after the additional shielding layer is penetrated, which case is typical of the raildriver bus-bars. Theoretical analysis of the striker/target interaction under condition of unidirectional electric flow has been performed for the case where kinetic energy of the striker is sufficient for the melted metal cratering to form around the striker head. For the above analysis, a generalized thermodynamic fracture criterion for solid bodies was formulated. We studied a striker with a hemispherical head and impact direction normal to the target surface. We found electromagnetic pressure distribution in the layer of melted metal and determined changes in the net resistance of the material induced by electromagnetic factors. It was concluded that electric flow deteriorates the material strength characteristics due to the fact that the additional electromagnetic force is directed into the target depth, i.e., its direction coincides with the striker velocity direction.