Shock-Wave Phenomena and the Properties of Condensed Matter

امواج ضربه‌ای قوی فرصت‌های منحصر به فردی را برای تحقیقات در زمینه‌های فیزیک ماده متراکم، ترموفیزیک، فیزیک استحکام و پلاستیسیته، و فیزیک شیمیایی در شرایطی با بالاترین نرخ تغییر شکل ممکن، و فشارها و دماهای بالا ارائه می‌کنند. فیزیک امواج ضربه ای در ماده چگال با فشارهایی از ~ 100 مگاپاسکال تا چند صد گیگا پاسکال (و تا ده TPa در برخی آزمایشات منحصر به فرد)، دماهای تا ده ها هزار کلوین و مدت زمان اعمال بار از نانوثانیه تا چند میکروثانیه رفتار یک ماده در این شرایط شدید اغلب به طور اساسی با انتظارات مبتنی بر مشاهدات شبه‌استاتیک متفاوت است. به عنوان مثال، وابستگی های دمای غیرعادی مشاهده شده خواص مقاومتی برخی از فلزات توسط تئوری ها پیش بینی نشده بود.

بررسی پدیده‌های موج ضربه‌ای در ماده متراکم که در این کتاب مورد بحث قرار می‌گیرد، به دلیل ضرورت توسعه روش‌هایی برای پیش‌بینی اثرات انفجارها، برخوردهای با سرعت بالا و سایر منابع بارگذاری دینامیکی شدید مصالح و سازه ها. در دیدگاه مدرن، پیش بینی پذیری کامل زمانی حاصل می شود که رایانه ها بتوانند به طور دقیق فرآیندهای مورد علاقه را شبیه سازی کنند. شبیه‌سازی‌ها نیاز به توسعه معادلات ترموفیزیکی حالت و روابط سازنده دارد که فرآیندهای تغییر شکل و شکست غیرالاستیک، تبدیل‌های چندشکل، واکنش‌های شیمیایی، ذوب، تبخیر، یونیزاسیون و سایر پدیده‌های مشاهده‌شده در این شرایط را توصیف می‌کنند.

بحث‌های سیستماتیک جنبه‌های مختلف رفتار ترمومکانیکی مواد جامد طبقات مختلف هنگام بارگذاری موج ضربه‌ای بخش اصلی این کتاب را تشکیل می‌دهد. این گزارشی از کار اخیر روسیه در این زمینه ارائه می دهد که در پوشش متعادل نتایج نظری، تجربی و محاسباتی منحصر به فرد است.

مباحثات شامل تجزیه و تحلیل جامعی از موارد زیر است:

ساختار امواج فشرده سازی و کمرنگ شدن در جامدات، داده های تجربی در مورد تسلیم دینامیکی و مقاومت کششی فلزات. و آلیاژها در دماهای معمولی و بالا، و روابط سازنده ای که تسلیم بالا را توصیف می کند

تغییر شکل فشاری استاتیکی و دینامیکی و شکست مواد شکننده، و پدیده های موج شکست

تحول چندشکلی، ذوب و تبخیر ناشی از شوک

پدیده‌های شروع و انفجار انفجار، با تأکید بر ماکروسینتیک انتشار انرژی شیمیایی

فیزیک شدیدترین حالت‌های ماده با فشرده سازی ضربه ای قابل دسترسی است.

Strong shock waves present unique opportunities for investigations in the fields of physics of condensed matter, thermophysics, physics of strength and plasticity, and chemical physics under conditions of the highest possible rates of deformation, and high pressures and temperatures. The physics of shock waves in condensed matter deal with pressures from ~100 MPa to several hundreds of GPa (and up to ten TPa in some unique experiments), temperatures up to tens of thousands of K, and durations of load application from nanoseconds to a few microseconds. Behavior of a material under these extreme conditions often differs radically from expectations based on quasistatic observations. As an example, observed anomalous temperature dependencies of the strength properties of some metals were not predicted by theories.

The investigations of shock-wave phenomena in condensed matter that are discussed in this book are stimulated by the necessity to develop methods for predicting effects of explosions, high-velocity collisions, and other sources of intense dynamic loading of materials and structures. In the modern view, complete predictability is achieved when computers can accurately simulate processes of interest. The simulations require development of thermophysical equations of state and constitutive relationships that describe processes of inelastic deformation and fracture, polymorphic transformations, chemical reactions, melting, vaporization, ionization, and other phenomena observed under these conditions.

Systematic discussions of various aspects of thermomechanical behavior of solid materials of different classes when subjected to shock-wave loading comprise the main part of this book. It provides an account of recent Russian work in this field that is unique in its balanced coverage of theoretical, experimental, and computational results.

The discussions include a comprehensive analysis of:

The structure of compression and rarefaction waves in solids, experimental data on the dynamic yield and tensile strengths of metals and alloys at normal and elevated temperatures, and constitutive relationships that describe high-rate yielding

Static and dynamic compressive deformation and fracture of brittle materials, and failure-wave phenomena

Shock induced polymorphic transformation, melting, and vaporization

Explosive initiation and detonation phenomena, with emphasis on macrokinetics of chemical energy release

Physics of the most extreme states of matter accessible by shock compression.