Моделирование процессов ударного нагружения гетерогенных материалов на основе карбида бора с добавлением диборида хрома (CrB_2)

Представлены результаты комплексного экспериментально-расчетного исследования динамического поведения композиционных материалов системы B_4C-CrB_2 в диапазоне скоростей нагружения до 1650 м/с. Для описания отклика диборида хрома (CrB_2) предложен подход на основе аддитивной модели смеси, позволивший путем интерполяции имеющихся экспериментальных данных построить ударную адиабату материала в области скоростей до 2000 м/с. Валидация модели проведена путем сопоставления результатов численного моделирования высокоскоростного удара с экспериментальными данными. Критериями соответствия выступали геометрические характеристики кратера и морфология поверхности разрушения.

Ключевые слова

диборид хрома CrB2; ударная адиабата; уравнение состояния; высокое давление; ударно-волновое сжатие.

Литература

1. Shanmin Wang. Crystal Structures, Elastic Properties, and Hardness of High-Pressure Synthesized CrB2 and CrB4 / Shanmin Wang, Yu Xiaohui, Y. Zhang et al // Journal of Superhard Materials - 2014. - V. 36, № 4. - P. 279-287.
2. Okamoto, N.L. Anisotropic Elastic Constants and Thermal Expansivities in Monocrystal CrB2, TiB2, and ZrB2 / N.L. Okamoto, M. Kusakaki, K. Tanaka et al // Acta Materialia. - 2010. - V. 58, № 1. - P. 76-84.
3. Hao Jiang. High-Pressure Synthesis, Mechanical Properties, and Magnetic Behavior of Chromium Diboride / Hao Jiang, Zhao Xingbin, Hao Zhang et al // AIP Advances. - 2025. - V. 15, № 5. - P. 1-10.
4. Крутский, Ю.Л. Расчет основных технологических показателей процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза тугоплавких соединений / Ю.Л. Крутский. - Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2015.
5. Дик, Д.В. Реакционное горячее прессование керамики B4C-CrB2 и ее механические свойства / Д.В. Дик, Т.С. Гудыма, А.А. Филиппов и др. // Прикладная механика и техническая физика. - 2024. - Т. 65, № 2. - С. 81-89.
6. Дик, Д.В. Влияние градиента микроструктуры на модуль упругости и твердость керамики B4C-CRB2 полученной методом реакционного горячего прессования / Д.В. Дик, А.А. Филиппов, Н.Ю. Бурхинова // Прикладная механика и техническая физика. - 2024. - № 2. - С. 191-195.
7. McQueen, R.G. The Equation of State of Solids from Shock Wave Studies / R.G. McQueen, S.P. Marsh, J.W. Taylor et al // High-Velocity Impact Phenomena. - 1970. - V. 293, no. 7. - P. 293-417.
8. Y. Zhang. Shock Compression Behaviour of Titanium Diboride / Y. Zhang, K. Fukuoka, M. Kikuchi et al // International Journal of Impact Engineering. - 2005. - V. 32, № 1-4. - P. 643-649.
9. Grady, D.E. Dynamic Properties of Ceramic Materials / D.E. Grady. - Virginia: Springfield, 1995.
10. Ковалев, Ю.М. Равновесная математическая модель многокомпонентных гетерогенных сред / Ю.М. Ковалев, Ф.Г. Магазов, Е.С. Шестаковская // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математика. Механика. Физика. - 2018. - Т. 10, № 4. - С. 49-57.
11. Maevskii, K.K. Modeling of Shock-Wave Loading of Carbides as Mixtures of Components / K.K. Maevskii // Journal of Physics: Conference Series. - 2021. - V. 2057, № 1. - 7 p.
12. Дремин, А.Н. Метод определения ударных адиабат дисперсных веществ / А.Н. Дремин, И.А. Карпухин // Прикладная механика и теоретическая физика. - 1960. - № 3. - С. 184-488.
13. Dik, D.V. Reactive Hot Pressing of B4C-CrB2 Ceramics and Its Mechanical Properties / D.V. Dik, T.S. Gudyma, A.A. Filippov et al // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. - 2024. - V. 65, № 2. - P. 249-256.
14. Ядренкин, М.А. Особенности использования рельсотрона в задачах высокоскоростного взаимодействия тел с преградами / М.А. Ядренкин, В.П. Фомичев, А.А. Голышев// Журнал технической физики. - 2024. - Т. 94, № 2. - C. 197-206.
15. Краус, А.Е. Программный комплекс моделирования процесса динамического взаимодействия гомогенных и гетерогенных деформируемых твердых тел "Reactor3D" / А.Е. Краус, Е.И. Краус, И.И. Шабалин // Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2024684051. - 2024.
16. Фомин, В.М. Высокоскоростное взаимодействие гетерогенных материалов / В.М. Фомин, Е.И. Краус, И.И. Шабалин и др. - Новосибирск: Издательство СО РАН, 2025.
17. Бузюркин, А.Е. Определение эффективного динамического предела текучести гетерогенных материалов / А.Е. Бузюркин, А.Е. Краус, Е.И. Краус, И.И. Шабалин // Прикладная механика и техническая физика. - 2024. - Т. 65, № 3. - С. 142-151.
18. Kraus, A.E. Reactor 3D Software Performance on Penetration and Perforation Problems / A.E. Kraus, E.I. Kraus, I.I. Shabalin // Behavior of Materials under Impact, Explosion, High Pressures and Dynamic Strain Rates. - 2023. - V. 176, № 6. - P. 83-101.
19. Buzyurkin, A.E. Modeling the Response of Additively Manufactured Heterogeneous Metal-Ceramic Specimens to Dynamic Impact / A.E. Buzyurkin, A.E. Kraus, E.I. Kraus et al // Physical Mesomechanics. - 2025. - V. 28, № 1. - P. 27-42.
20. Kraus, A.E. A Heterogeneous Medium Model and Its Application in a Target Perforation Problems / A.E. Kraus, E.I. Kraus, I.I. Shabalin // Multiscale Solid Mechanics. Advanced Structured Materials. - 2021. - V. 141, № 22. - P. 289-304.
21. Zaretsky, E.B. The High Temperature Impact Response of Tungsten and Chromium / E.B. Zaretsky G.I. Kanel // Journal of Applied Physics. - 2017. - V. 122, № 11. - 11 p.
22. Shuai Zhang. Phase Transformation in Boron under Shock Compression / Shuai Zhang, H.D. Whitley, Tadashi Ogitsu // Solid State Sciences. - 2020. - V. 108, Article ID: 106376. - 6 p.
23. Kraus, A.E. Influence of Thin-Barrier Geometry on the Morphology of the Debris Cloud in Interactions with Space-Debris Fragments / A.E. Kraus, A.E. Buzyurkin, I.I. Shabalin et al // Acta Astronautica. - 2026. - V. 238, chapter B. - P. 569-581.