Explosive driven fracture such as fragmentation or spallation in a structural body will be preceded by a strong compression process, and precompression effects on the state of the material are clearly important to understand the following shock-induced damages or failures. In this study, incident shock waves in plate specimens of 304 stainless steel and aluminum alloy A5052 were generated by plane detonation waves in the high explosive PETN initiated using wire-row explosion techniques, and the compressed specimens were successfully recovered without severe damages due to tensile stress states with use of momentum trap method. A hydro code, Autodyn-2D was applied to determine test conditions: thicknesses of explosives, air-layer attenuators as necessary, specimens and momentum traps and to evaluate experimental results, simulating time-histories of stress waves in the layers of the test assembly. Microhardness distributions in crosssections, tensile strength, fracture ductility and flow stresses were measured for the recovered specimens, using miniature tensile and compression test pieces machined from them. They were compared with those of specimens from unloaded virgin plates, revealing significant increase of hardness, tensile strength and flow stresses and unique changes of elongation and ductility for shocked specimens depending on the intensities of the transmitted compression waves and the materials. The results were effectively applied to take the precompression effects into consideration of the strain-rate dependency of fragmentation energy values derived from the previous explosion tests for cylinders of the same materials using a fragmentation model.
構造体における爆薬駆動の分裂･剥離破壊などでは強い圧縮過程が先行する。したがって材料状態への先行圧縮の影響は、後続の衝撃波起因の損傷や破断を理解するために重要なことは明らかである。本研究では、304ステンレス鋼とアルミニウム合金A5052製の円板供試体に、線列爆発技術を用いて起爆させた高性能爆薬PETN の平面爆轟波による入射衝撃波を生成させ、モーメンタムトラップ法を適用することで、圧縮された供試体に引張応力による大きな損傷を発生させずに回収することに成功した。衝撃解析コードのAutodyn 2D を用い、 爆薬、必要に応じての空気層･緩衝材、試験体、モーメンタムトラップなどの厚さの決定や、試験装置各部における応力履歴のシミュレーションによる実験結果の評価を行った。回収供試体の断面のマイクロヴィッカース 硬度計測を、また供試体から採取したミニチュアの引張・圧縮試験片を用いて引張強度、破壊延性及び流れ応力などを計測した。得られた計測値を無負荷の円板から同様に採取した値と比較した結果、通過圧縮波の強さや 材料に応じて、硬度、引張強度及び流れ応力の重大な上昇と伸び・延性の特徴的な変化が明らかになった。これらの結果は、同一材円筒の爆発実験と分裂モデルから得られた分裂エネルギーのひずみ速度依存性に、この先 行圧縮効果を考慮に入れるために有効に適用された。
Mechanical properties, Shock wave transmission, Momentum trap, Cylinder explosion, Fragmentation energy.