دانلود مقاله مبانی تئوری انفجار

مبانی تئوری انفجار: 1- مقدمه: در طول حداقل 200 سال گذشته، کاربرد واژه انفجار متداول بوده است.

در زمانهای قبل از آن این واژه به تجزیه[1] ناگهانی مواد و مخلوطهای انفجاری با صدای قابل توجهی نظیر «رعد» اطلاق شده است.

این مطلب از دیرباز شناخته شده است که انفجار تجزیه سریع مقدار معینی ماده است که به محض رخداد یک ضربه یا گرمایش اصطکاکی اتفاق می‌افتد.

بنابراین تجزیه این مواد در شرایط مناسب می‌تواند بصورت ساکت و آرام رخ دهد.

کلمه انفجار[2] از نظر فنی به معنی انبساط ماده به حجمی بزرگتر از حجم اولیه است.

آزاد شدن ناگهان انرژی که لازمه این انبساط است.

غالباً از طریق احتراق سریع، دتونیشن[3] (که در فارسی همان انفجار معنی می‌شود)، تخلیه الکتریکی با فرایندهای کاملاً مکانیکی صورت می‌گیرد.

خاصیت متمایز کننده انفجار، همانا انبساط سریع ماده است.

به نحویکه انتقال انرژی به محیط تقریباً بطور کامل توسط حرکت ماده (جرم) انجام می‌شود.

در جدول زیر مقایسه‌ای بین چند فرآیند آزادسازی انرژی انجام شده است.

(جداول و نمودار در فایل اصلی موجود است) دتونیشن یک ماده منفجره قوی جدول (بالا) مقایسه‌ای بین سه فرایند آزاد سازی انرژی برای شعله تقریباً هیچ انتقال جرمی به اطراف رخ نمی دهد در حالیکه نیروی پیشرانش یک اسلحه قادر به راندن گلوله است و یک ماده منفجره قوی[4] هر چیز در تماس با خود را تغییر شکل داده و یا ویران می‌کند.

قدرت منهدم کننده این مواد را «ضربه انفجار»[5] نامیده می‌شود که مستقیماً با حداکثر فشار تولید شده مرتبط است.

توجه کنید که در جدول (بالا)، هیچگونه توصیفی از محل رخداد (تونیشن ماده منفجره قوی ارائه نشده است.

این بدان معناست که فرایند دتونیشن از محدودیتهای فیزیکی مستقل است.

با توجه به مطالب بالا واضح است که دتونیشن تنها یکی از انواع حالات پدیده انفجار است بعبارت دیگر واژه دتونیشن تنها باید به فرآیندی اطلاق شود که در طی آن یک «موج شوک»[6] انتشار یابد.

متاسفانه بعلت قفرلفات مناسب فنی در زبان فارسی، دتونیشن به معنی عام انفجار ترجمه می‌شود و بنابراین در ادامه این مبحث برای پرهیز از اشتباه و رسا بودن مطلب همان واژه دتونیشن را به کار برده خواهد شد.

سرآغاز تحقیقات اخیر بر روی دتونیشن به سالهای 45-1940 م.

که «زلدویچ» و «ون نیومان» هر یک به طور جداگانه مدل یک بعدی ساختار امواج دتونیشن را فرمولبندی کردند باز می‌گردد، گرچه یک مدل واقعی سه بعدی تا اواخر سال 1950 م به تاخیر افتاد.

2- پدیده دتونیشن: دتونیشن یک واکنش شیمیائی «خود منتشر شونده»[7] است که در طی آن مواد منفجره اعم از مواد جامد، مایع، مخلوطهای گازی، در مدت زمان بسیار کوتاه در حد میکروثانیه.

به محصولات گازی شکل داغ و پرفشار با دانسیته بالا و توانا برای انجام کار تبدیل می‌شود.

فرض بگیرید قطعه‌ای از مواد منفجره، منفجر گردد.

به نظر می‌رسد که همه آن در یک لحظه و بدون هیچ تاخیر زمانی نابود می‌گردد.

البته در واقع دتونیشن از یک نقطه آغازین شروع شده و از میان ماده بطرف انتهای آن حرکت می‌کند.

این عمل بخاطر آن آنی بنظر می‌رسد که سرعت رخداد آن بسیار بالاست.

از نظر تئوری دتونیشن ایده‌ال واکنشی است که در مدت زمان صفر (با سرعت بی‌نهایت) انجام شود.

در اینحالت انرژی ناشی از انفجار فوراً آزاد می‌شود اصولاً زمان واکنش بسیار کوتاه یکی از ویژگیهای مواد منفجره است.

هر چه این زمان کمتر باشد، انفجار قویتر خواهد بود.

از نظر فیزیکی امکان ندارد که زمان انفجار صفر باشد.

زیرا کلیه واکنشهای شیمیائی برای کامل شدن به زمان نیاز دارند.

پدیده دتونیشن با تقریبی عالی مستقل از شرایط خارجی است و با سرعتی که در شرایط پایدار[8] برای هر ترکیب، فشار و دمای ماده انفجاری اولیه ثابت است منتشر می‌شود.

ثابت بودن سرعت انفجار، یکی از خصوصیات فیزیکی مهم برای هر ماده منفجره می‌باشد در اثر دتونیشن، فشار، دما و چگالی افزایش می‌یابند.

این تغییرات در اثر تراکم محصولات انفجار حاصل می‌گردند.

پدیده‌ای که مستقل از زمان در یک چارچوب مرجع حرکت می‌کند.

«موج» نامیده می‌شود و ناحیه واکنش دتونیشن، «موج دتونیشن»[9] یا موج انفجار نامیده می‌شود.

در حالت پایدار این موج انفجار بصورت یک ناپیوستگی شدید فشاری که با سرعت بسیار زیاد و ثابت VD از میان مواد عبور می‌کند توصیف می‌شود واکنش شیمیائی در همسایگی نزدیک جبهه دتونیشن[10] است که باعث تشکیل موج انفجار می‌شود.

این موج با سرعتی بین 1 و تا 9، بسته به طبیعت فیزیکی وشیمیائی ماده منفجره حرکت می‌کند.

این سرعت را می‌توان با استفاده از قوانین ترموهیدرودینامیک تعیین نمود.

عواملی که در سرعت انفجار نقش دارند عبارتند از: انرژی آزاد شده در فرآیند، نرخ آزاد شدن انرژی، چگالی ماده منفجره و ابعاد خرج انفجاری.

یک مدل ساده برای این پدیده مطابق شکل زیر از یک «جبهه شوک»[11] و بلافاصله بدنبال آن یک ناحیه انجام واکنش که در آن فشارهای بسیار بالا تولید می‌شود، تشکیل شده است.

ضخامت ناحیه واکنش در انفجار ایده‌آل صفر است و هر چه انفجار بحالت ایده‌ال نزدیکتر باشد.

ضخامت این ناحیه کمتر است.

نقطه پایان این ناحیه، محل شروع ناحیه فشار دتونیشن[12] است.

مدل یک بعدی دتونیشن فشار دتونیشن با رابطه زیر به سرعت دتونیشن و دانسیته مواد منفجره وابسته است: (1) که P مصرف فشار دتونیشن و P مصرف چگالی محصولات و P0 چگالی ماده منفجره است.

بر اساس این فرض که چگالی محصولات دتونیشن بزرگتر از چگالی مواد منفجره اولیه است، یک رابطه کاربردی بصورت زیر استخراج می‌گردد.

(2) از آنجا که زمان رخداد واکنش شیمیائی در یک فرآیند دتونیشن بسیار کوتاه است.

انتشار و انبساط گازهای داغ حاصل در ناحیه واکنش بسیار اندک و غیر متحمل است و لذا این گازها هم حجم مواد منفجره اولیه باقی می‌مانند.

این مطلب دلیل اصلی این نکته است که چرا فشار پشت جبهه انفجار بسیار بالاست.

این فشار برای مواد منفجره نظامی در حدود Gpa 19 تا Gpa35 و برای مواد منفجره جاری کمتر است.

همانطور که قبلاً ذکر گردید، موج دتونیشن مستقل از شرایط خارجی است.

علیرغم این استقلال، جریان محصولات گازی که در پشت جبهه موج حرکت می‌کنند به زمان و شرایط مرزی وابسته است برای مثال یک بلوک مستطیل بزرگ از یک ماده منفجره را در نظر بگیرید که بر روی کل یکی از سطوح آن، به طور همزمان دتونیشن آغاز می‌شود.

این سطح در خلا قرار دارد و هیچ مانعی برای انبساط گازها وجود ندارد.

موج صفحه‌ای دتونیشن با سرعت ثابت بدرون ماده پیشروی می‌کند و گازهای حاصل از انفجار که بلافاصله در پشت این جبهه موج قرار دارند با سرعتی کمتر از سرعت موج که سرعت جرم نام دارد در همان جهت حرکت می‌کنند.

اما در سطح عقبی، گازها مشغول فرار در جهت مخالف هستند (در اثر خلا).

همچنین فشار گاز در پشت جبهه موج بسیار بالاست، ولی در خلا پشت سر، صفر است لذا فشار بصورت منحن وار بین ایندو موقعیت تغییر می‌کند.

نموداری از تغییرات فشار و سرعت جرم برای یک ماده منفجره جامد در شکل زیر نشان داده شده است.

همانطور که ملاحظه می‌شود ناحیه همسایه منطقه واکنش بسیار کم تحت تاثیر تغییر شرایط مرزی قرار می‌گیرد.

آغاز همزمان دتونیشن از روی کل یک سطح مشکل است.

در عمل آسانتر است که آغاز انفجار از یک نقطه باشد.

در اینحالت موج دتونشین از یک نقطه درون ماده منفجره گسترش یافته و گرادیان فشار در اینحالت از آنچه در شکل صفحه قبل نشان داده شده، تیزتر خواهد بود.

وقتی از مواد منفجره برای راندن و بحرکت در آوردن سایر مواد و سازمان‌ها استفاده می‌شود محاسبه دقیق پروفیل فشار و سرعت جرم، ورودیهای لازم برای محاسبات حرکت سازه رانده شده می‌باشد.

شکل این پروفیلها به معادله حالت محصولات انفجار وابسته‌اند، معادلاتی که تلاشهای بسیاری برای بدست آوردن آنها انجام شده و در دست انجام است.

3- موج شوک:[13] یک موج شوک، جبهه شوک یا مختصراً یک شوک، موجی است که در ماده یک جهش[14] فشاری (یا تنشی) ناگهانی و تقریباً ناپیوسته ایجاد می‌کند، این موج بسیار سریعتر از امواج صوتی منتشر می‌شود، بدین معنی که این موج نسبت به محیط پیرامون خود فرا صوتی است و این خاصیت خود را بدون تغییر حفظ می‌کند.

موج شوک از جمله خواص اغلب مواد است و از خاصیتی از ماده که بر اساس آن سرعت انتقال صوت در ماده بصورت می‌باشد منتج می‌شود.

اندیس s معرف حالت آنتروپی پایاست.

این موج از نظر ترمودینامیکی برگشت ناپذیر است.

و لذا آنتروپی سیستم در جبهه شوک در اثر لزجت و هدایت حرارتی افزایش می‌یابد.

امواج شوک که امواج فشاری نیز نامیده می‌شوند، عامل شتابگیری ذرات ماده، در جهت انتشار خود هستند.

بر اساس مطالب بالا اکنون به تشریح دقیقتر موج شوک در پدیده دتونیشن و نیز در قطعه کار (ورق فلزی) می‌پردازیم.

1-3- موج شوک در فرآیند دتونشین: موج شوک عبارتست از یک ناپایداری شدید فشاری (هیدرودینامیکی) که با سرعت ثابت و بسیار بالا، از میان مواد منفجره عبور می‌کند.

واکنش شیمیائی در پشت و در همسایگی بسیار نزدیک آن رخ داده و موج شوک را پشتیبانی می‌کند.

موج شوک و ناحیه واکنش مجموعاً «جبهه انفجار» را تشکیل می‌دهند.

ضخامت موج شوک در حدود mm001/0 و ضخامت ناحیه واکنش در حدود mm1 تا cm1 است.

شکل زیر ساختمان یک جبهه انفجار را نشان می‌دهد.

3-2- موج شوک در سطح قطعه کار: یک بلوک بزرگ از ماده منفجره را در نظر بگیرید که دارای دو سطح موازی هم است، در نظر بگیرید.

یکی از این سطوح در تماس با یک ورق بزرگ و تخت فلزی است و از روی سطح موازی آن، بطور همزمان یک دتونشین صفحه‌ای آغاز می‌شود.

بدین ترتیب یک جبهه انفجار تخت درون بلوک پیشروی خواهد کرد.

هنگامیکه هنوز این جبهه به سطح ورق فلزی نرسیده است، فشار در این سطح برابر فشار اولیه باقی خواهد ماند.

اما درست در لحظه‌ای که موج دتونیشن به این سطح می‌رسد یک پرش ناپیوسته فشار، به فشار دتونشین که بالغ بر چند صد هزار اتمسفر می‌شود، بر روی سطح رخ می‌دهد.

این فشار عظیم باعث می‌شود که فلز وادار به حرکت می‌شود.

این حرکت در ابتدا از سطح تماس ورق و مواد منفجره آغاز شده و سپس در کل ضخامت ورق پیشروی می‌کند که مطابق شکل صفحه بعد مرز بین فلز متحرک با فلزی که هنوز شروع به حرکت ننموده است.

موج شوک نام دارد.

توجه کنید همانطور که در دتونشین، موج شوک مرز مشترک ناحیه آرام و مغشوش است.

در سطح فلز نیز مرز بین سکون و حرکت فلز است.

هر دو موج یک ناپیوستگی شدید در محیط مربوط به خود بوجود می‌آورند.

ولی یک تفاوت عمده بین موج شوک منتشر شده در فلز با موج شوک دتونیشن وجود دارد و آن این است که برخلاف موج شوک دتونیشن، سرعت و فشار خود را از دست می‌دهد.

علت این امر به تفضیل در بخش در پشت شوک، فلز در حال حرکت است و به دانسیته‌ای بزرگتر از مقدار اولیه خود متراکم می‌شود.

حتی موادی که معمولاً تراکم ناپذیر در نظر گرفته می‌شوند، بطور محسوسی در برابر این موج متراکم می‌شوند.

تراکم فلز آنرا گرمتر خواهد ساخت.

بنابراین موج شوک مرز بین فلز داغ و سرد نیز خواهد بود.

در پشت شوک، فلز در حال حرکت است و به دانسیته‌ای بزرگتر از مقدار اولیه خود متراکم می‌شود.

4-3- معادلات و روابط حاکم در دتونیشن یک بعدی در اثر واکنش شیمیایی با سرعت خیلی زیاد (چند کیلومتر بر ثانیه) که با درجه حرارت و فشار بالا انجام می‌شود و در پشت سر خود محصولات گازی داغ و پر فشار را ایجاد می‌کند، می‌گویند انفجار انجام شده است انفجار حالت دائم در ماده منفجره با سرعت ثابت حرکت ولی انفجار ایده‌آل انفجاری است که در آن واکنش در زمان صفر (با سرعت بی‌نهایت زیاد) انجام شود.

چون طبق تعریف زمان انجام واکنش برابر صفر است انرژی ناشی از انفجار فوراً آزاد می‌شود و فشار بسیار بالایی تولید می‌کند همانطور که می‌دانید یکی از علتهایی که مواد انفجاری فشار بالایی را تولدی می‌کنند مربوط به زمان کوتاه واکنش آنها می‌باشد.

البته از نظر فیزیکی چنین چیزی امکان ندارد زیرا کلیه واکنشهای شیمیایی برای کامل شدن به زمان محدودی نیاز دارند، بنابراین مرز بین مواد واکنش یافته و مواد اولیه دقیقاً بر هم منطبق نیست و ناحیه‌ای با ضخامت محدود بین این دو مرز وجود دارد که این ناحیه را ناحیه واکنش گویند.

اگر دستگاه مختصات بر روی جبهه انفجار قرار داده شود.

در آن صورت این ناحیه از نظر هندسی بدون تغییر باقی می‌ماند.

علت اصلی این کار این است که با قرار دادن دستگاه مختصات بر روی جبهه انفجار، فرایند از نظر ریاضی حالت پایدار پیدا می‌کند ولی اگر مبدا مختصات در روی یک نقطه ثابت قرار داشته باشد فرآیند غیردائم است و تجزیه تحلیل آن مشکل می‌شود).

چون انرژی‌ای که می‌کند، ثابت بودن سرعت انفجار یک مشخصه فیزیکی و مهم برای ماده منفجره می‌باشد با استفاده از این خاصیت (همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است) می‌توان آن را به شبیه به یک ناپیوستگی تیز دانست که با سرعت صابت انفجار در طول ماده منفجره حرکت می‌کند.

در سمت راست جبهه انفجار مواد منفجره واکنش نیافته با مشخصات و P0 و T0 و E0 وجود دارند و در سمت چپ جبهه انفجار محصولات گازی با خواص و P و T و E قرار دارند.

البته فرض شده است که تمام مواد منفجره در واکنش شرکت کرده‌اند.

در اثر انفجار گازهایی در دمای بالای T و فشار زیاد P به وجود آمده است و در اثر فشرده شدن گازها دانسیته آنها به P رسیده است که از P0 بیشتر می‌باشد و سرعت جریان (U) و در جهت راست می‌باشد.

انفجار در زمان محدود و معینی انجام می‌شود، این نوع انفجار را انفجار واقعی گوییم.

باعث پیشرفت انفجار در طول ماده منفجره می‌شود از این ناحیه سرچشمه می‌گیرد.

ماهیت این ناحیه مهم است و تاثیر زیادی روی سرعتهای انفجار و ابعاد و کارآیی مواد منفجره دارد.

ضخامت ناحیه انفجار برای مواد منفجره مختلف با هم تفاوت دارد که این امر باعث تفاوت سرعت انفجار آنها می‌شود.

ضخامت ناحیه انفجار در انفجار ایده‌آل برابر صفر است و هر چه انفجار به حالت ایده‌آل نزدیک‌تر باشد ضخامت این ناحیه کمتر است.

در بررسی فرآیند دتونیشن اصطلاح منحنی هوگونیت زیاد به چشم می‌خورد.

منحنی هوگونیت روابطی را که شرایط موجود در جبهه شوک را توصیف می‌کنند بیان می‌کند.

این معادلات را معادلات رانکین- هوگونیت می‌نامند.

از رسم این معادلات در صفحه P-V منحنی‌های هوگونیت بدست می‌آید .

قوانین بقای جرم و اندازه حرکت را باید از دید ناظری که با سرعت موج حرکت می‌کند و بر روی جبهه موج قرار دارد بررسی کرد، برای نوشتن معادلات حجم کنترلی را در نظر گرفته و روابط مربوطه نوشته می‌شود.

برای داشتن یک ایده کلی از معادلات دتونیشن ابتدا به بررسی معادلات کلی انفجار پرداخته می‌شود و سپس معادلات رانکین- هوگونیت انفجار توضیح داده می‌شود.

شکل دیفرانسیلی این معادلات بصورت زیر می‌باشد.

معادله پیوستگی معادلات، معادله حالت گازهای حاصل از انفجار و نیز تعیین مکانیزم واکنش شیمیایی لازم است.

همانطور که از شکل معادلات پیداست، حل تحلیلی برای آنها وجود ندارد و حل عددی آنها حتی با فرض اینکه معادلات حالت و مکانیزم واکنش معلوم باشد.

بسیار مشکل است، (برای بدست آوردن معادله حالت باید فشار و دما و حجم را اندازه‌گیری کرد و با ارتباط دادن آنها به هم معادله حالت را بدست آورد، چون فشار و دمای ناشی از انفجار بسیار زیاد است معادله حالت را نمی‌توان به روش معمولی بدست آورد و برای بدست آوردن این معادله از روشهای غیر مستقیم استفاده می‌شود).

اگر معادلات بالا برای حالت یک بعدی نوشته شود، سیستم معادلات به صورت زیر در می‌آید: معادله ممنتم: معادله انرژی: معادله پیوستگی اجزای شیمیایی: معادله حالت: در عبارات بالا i از 1 تا 1-N تغییر می‌کند.

همانطور که مشخص است، این سیستم دارای 5+N معادله و 5+N مجهول است و چون تعداد معادلات و مجهولات مساوی است می‌توان این سیستم را حل نمود.

برای حل کردن جزء جرمی محصولات واکنش است و R سرعت پیشرفت واکنش بر واحد جرم است.

چون روش معرفی شده و معادلات گفته شده فقط به خاطر آشنایی با معادلات مربوط به انفجار بود، حالت خاصی که بیشتر به موضوع بحث مربوط است در نظر گرفته می‌شود.

با بکار بردن معادلات بقای جرم و ممنتم و انرژی برای سیستم نشان داده شده در شکل * معادلات زیر بدست می‌آیند: (1) (2) (3) با استفاده از معادلات فوق معادلات زیر بدست می‌آیند.

(4) (5) (6) (7) با استفاده از معادله (4) می‌توان نتیجه گرفت که حجم ویژه در پشت جبهه انفجار کمتر از جلوی جبهه انفجار است، چون P1-P0 مقدار مثبتی است و و نیز مقادیر مثبتی هستند، پس باید بزرگتر از صفر باشد، در نتیجه باید کوچکتر از باشد.

با استفاده از معادله (5) و با توجه به مثبت بودن نتیجه می‌شود که VD مثبت است و چون طبق معادله‌ها u1 باید مثبت باشد، می‌توان نتیجه گرفت که u1 و VD باید هم جهت باشد (u1 سرعت ذرات انفجار است) اگر معادله حالت محصولات انفجار معلوم باشد می‌توان تمام مقادیر P1 و را که معادله (v) را ارضا می‌کنند یقین نموده.

منحنی گذرنده از این نقاط، منحنی (رانکین - هوگونیت) نام و در شکل صفحه قبل با منحنی AB نامگذاری شده است.

چون کمتر از است نقطه‌ای که مختصات آن است باید در سمت چپ نقطه‌ای که دارای مختصات است قرار داشته باشد.

سوالی که باید به آن جواب داده شود این که با فرض دانستن نقطه کجای منحنی رانکین - هوگونیت واقع است.

نقطه تعادل محصولات پشت جبهه انفجار، نقطه تماس منحنی رانکین- هوگونیت و خط مستقیمی است که از نقطه بر این منحنی مماس شده است.

این خط مستقیم «خط وایلن» نام دارد که موقعیت ابتدایی را به موقعیت نهایی متصل می‌سازد.

بعبارت دیگر تحول واقعی انجام شده باید در امتداد خط وایلی انجام شود.

ملاحظه می‌شود که شیب این خط منحنی است و مقدار آن به شرایط اولیه مساله و سرعت دتونیشن بستگی دارد.

محل تماس خطر رایلی با منحنی رانکین- هوگونیت، نقطه «چاپمن- ژوگت»نامیده می‌شود.

این نقطه مشخصات ترمودینامیکی یک دتویشن واقعی را به دست می‌دهد.

منحنی رانکین- هوگونیت، یکی منحنی ثابت در صفحه است و نقطه هر جای این منحنی واقع شود.

نقطه CJ همان محل تماس خط رایلی را با منحنی است.

بنابراین با تغییر موقعیت نقطه در صفحه، محل نقطه CJ هم بر روی منحنی تغییر خواهد کرد.

انفجار ایده‌آل: امواج انفجاری بر اساس قوانین توموهیدرودینامیک معمولاً در سرعت ثابتی که مقدار آن به انرژی شیمیائی آزاد شده در انفجار، نرخی که این انرژی آزاد می‌شود، دانسیته ماده منفجره و قطر خرج بستگی دارد منتشر می‌شود.

که بر اساس هیدرودینامیک مقدار ماکزیمم حاصل شده از تئوری می‌باشد به انفجار ایده‌آل نسبت داده می‌شود.

همانطور که می‌دانیم با افزایش قطر خرج سرعت انفجار انفجار هم افزایش می‌یابد ولیکن اگر قطر خرج به حد معینی برسد دیگر افزایش بعدی قطر در سرعت انفجار تاثیر ندارد و طول خرج هم اگر از اندازه معینی بزرگتر باشد دیگر افزایش بعدی در طول خرج تاثیری در سرعت نخواهد داشت.

برای بدست آوردن این سرعت ماکزیمم از طریق تجربی به این صورت عمل می‌شود که در فاصله بقدر کافی دور از نقطه شروع انفجار در خرج لوله‌ای که قطر آن بقدری بزرگ باشد که دیگر افزایش بعدی در قطر خرج نتواند باعث افزایش سرعت شود مقداری بدست می‌آید که همان D* می‌باشد.

ممکن است بوسیله بوسترگذاری قوی که در ماده منفجره مفروض صورت می‌گیرد سرعتی بالاتر از D* مشاهده شود.

اما این فقط در مجاورت آنی بوستر روی می‌دهد و همیشه این عمل همراه با کاهش سرعت است بطوریکه در فاصله طولانی کافی از نقطه شروع یا چاشنی گذاری سرعت به مقدار D* افت پیدا می‌کند و این زمان است که شرائط ایده‌آل باشد و در غیر اینصورت به مقدار D که کوچکتر از D* است نزول می‌یابد.

انفجار غیر ایده‌آل مربوط می‌شود به انتشار حالت یکنواخت موج در یک سرعتی که کمتر از سرعت ایده‌آل D* باشد.

و این غیر ایده‌آل شدن به نرخ تبدیل ماده منفجره به محصولات انفجار و اختلافات فشار و حرارت جانبی مربوط می‌گردد.

سرعتهایی با مقدار کمتر یا بیشتر از D* که بر اثر بوسترگذاری ضعیف با قوی ایجاد می‌شوند تحت عنوان امواج انفجاری ناپایدار و گذرا بررسی می‌شوند.

بدین ترتیب اگو انفجار ثابت و پایدار در خروجی که دارای طول کافی بزرگ (L) است سرعت آن برابر D* باشد به آن انفجار ایده‌آل می‌گویند، اما اگر این سرعت نهایی با حالت یکنواخت کمتر از D* باشد به آن غیر ایده‌آل می‌گذارند.

سرعت انفجار ایده‌آل بطور کامل بوسیله ترموهیدرودینامیک ماده منفجره و متغیرهای مستقل دانسیته اولیه ماده منفجره و ترکیب شیمیایی آن تعیین می‌شود.

همه کمیته‌ها حداقل در اصول با استفاده از تئوری ترموهیدرودینامیک و یک معادله حالت مناسب قابل محاسبه می‌باشند.

برای ماده منفجره ایده‌آل مفروضی که سرعت فقط تابع دانسیته اولیه یعنی D=D(P0) است سه نوع رابطه اساسی متفاوت برای D(P0) در انفجار ایده‌آل بدست آمده است که متداول‌ترین آن رابطه خطی ویژه D(P0) برای مواد منفجره جامد C-H-N-O در دانسیته‌ایی بین 5/0 و حالت کریستالی ماده منفجره می‌باشد.

این رابطه بوسیله فرمول زیر بیان می‌شود.

(1) که سرعت انفجار در دانسیته و شیب منحنی یا خط سرعت بر حسب دانسیته می‌باشد.

علامت ستاره هم نشان دهنده انفجار ایده‌ال می‌باشد.

برای مقایسه مستقیم مواد منفجره، غالباً مناسب این است که مقدار برابر g/cc1 انتخاب گردد.

با روشهای موجود سرعت حقیقی خرج مفروضی با دقتی در حدود 1/0 در صد امکان اندازه‌گیری دارد.

اما منحنی بندرت این دقت را دارا می‌باشد و علت آنهم نوسان و تغییرات در دانسیته خرج و خطای عملی در سنجش می‌باشد.

در مواد منفجره ریختگی، پرسی و مایع ممکن است کسی بتواند را با دقت بالائی اندازه بگیرید.

اما در خرجهای دانه‌ای و فله‌ای برای اینکه در اندازه‌گیری دقتی بهتر از 2 درصد بدست آید مشکل زیادی خود را نشان می دهد.

به این دلیل است که در کتابها به طور مکرر برای فاکتورهای و مربوط به معادله (1) اختلافاتی دیده می‌شود.

در جدول صفحه بعد پارامترهای معادله (1) را برای بخشی از مهمترین مواد منفجره که اطلاعات تجربی آنها در دسترس می‌باشد لیست کرده است.

در انفجار ایده‌آل گازی نسبت به مواد منفجره فشرده شده دیده می‌شود که سرعت انفجار، حساسیت خیلی کمتری به دارا می‌باشد و این امر به خاطر پیروی کردن آنها از قوانین گاز ایده‌آل می‌باشد.

جدول زیر پارامترهای معادله (1) را برای تعدادی از مواد منفجره نشان می‌دهد در مورد گازهای ایده‌آل می‌توان نشان داد که سرعت اندازه گرفته شده با آن سرعتی که بر اساس تئوری هیدرودینامیک و قانون گاز ایده‌آل محاسبه می‌شود موافقت خیلی نزدیک را دارا می‌باشد.

متداول این است که سرعت ایده‌آل مواد منفجره گازی را مستقل از دانسیته فرض می‌کنند، ولیکن به علت تاثیر دانسیته روی تجزیه محصولات انفجار در درجه حرارتهای بالای انفجار و تاثیر وزن مولکولی روی سرعت‌های ذرات، در واقع سرعت با تغییر آهسته‌ای تابع دانسیته می‌باشد.

از استعمال نامهای ایده‌آل و غیر ایده‌آل همانطوریکه برای انتشار امواج انفجار حالت یکنواخت بکار رفت می‌توان گفت که همه مواد منفجره هر دو نوع رفتار را به نمایش می‌گذارند، فقط ضروری است که قطر خرج به قدری بزرگ انتخاب شود که رفتار ایده‌آل مشاهده گردد.

یا بقدری کوچک که انفجار غیر ایده‌آل دیده شود.

گزارش مربوط به غیر یکنواختی و یا پدیده ناپایداری است.

انفجار غیر ایده‌آل با این وجود تحت شرائط ویژه (قطر خرج و محدودیتها) یکنواخت و پایدار است.

در خرج‌های استوانه‌ای بین قطر بحرانی dc که زیر آن انتشار انفجار یکنواخت صورت نمی‌گیرد و قطر مینیمم برای انفجار ایده‌آل، عموماً منحنی‌های سرعت برحسب قطر نشان می‌دهد که پیوسته با افزایش قطر می‌توان از سرعت یکنواخت مینیمم در dc به در رسید.

رفتار ایده‌آل بنابراین مطابق با می‌باشند.

اکنون می‌گوئیم که دامنه رفتار غیر ایده‌آل بستگی به درجه محدودیت و نرخ واکنش ماده منفجره دارد.

نرخ واکنش هم بستگی به حالت فیزیکی ماده منفجره دانسیته اولی آن و اندازه ذرات می‌باشد.

اندازه ذرات را اگر افزایش دهیم عموماً هر دو dc و d*m افزایش می‌یابند.

اضافه کردن قیود و محدودیت در قطر ثابت بطور یکنواخت باعث افزایش سرعت در منطقه غیر ایده‌آل می‌شود بعلاوه اینکه هر دو مقدار dc و d*m را کاهش می‌دهد.

لایه شوک- لایه واکنش در هر انفجار یک لایه متحرک به نام لایه انفجار وجود دارد که در طول ستون ماده منفجره حرکت کرده و آن را منفجر می‌کند.

سرعت حرکت این لایه مصرف سرعت انفجار است و آنچه که معمولاً سرعت انفجار گفته می‌شود سرعت حرکت این لایه در طول ستون ماده منفجره می‌باشد.

لایه انفجار از دو قسمت تشکیل گردیده است: الف: لایه شوک با ضخامت حدود 5-10 سانتی‌متر که به آن موج شوک یا موج ضربه‌ای هم می‌گویند و هیچ واکنش شیمیایی در این قسمت انجام نمی‌گیرد.

ولی فشار به حداکثر خود می‌رسد.

ب: لایه بعدی منطقه انجام واکنشهای شیمیایی است و ضخامت آن حدود 1/0 تا 1 سانتی‌متر می‌باشد.

به دنبال لایه انفجار نیز محصولات گازی در حرکت هستند.

چون انرژیی که باعث پیشروی انفجار در طول جسم می‌گردد از ناحیه واکنش سرچشمه می‌گیرد، بنابراین چگونگی این ناحیه نشان مهم یک ماده منفجره می‌باشد که تاثیر زیادی روی سرعتهای انفجار و ابعاد و کارآیی خرجهای معمول دارد.

مواد منفجره‌ای تی ان تی، تتریل زمان واکنش بسیار کوتاهی دارند حدود 1 تا 2 میکروثانیه که نشان می دهد طول ناحیه انفجار بایستی از مرتبه 2 یا 3 میلی‌متر باشد.

نیتروگلیسیرین که خیلی سریعتر در واکنش شرکت می‌کند دارای ناحیه واکنش به طور فقط mm 4/0 است.

مواد منفجره‌ای که کندتر در واکنش شرکت می‌کنند دارای ناحیه واکنش طولانی‌تر می‌باشند.

با توجه به اینکه واکنش به سرعت صورت می‌گیرد، کاملاً واضح است که توزیع دما، فشار دانسیته در طول ناحیه واکنش نمی‌تواند یکنواخت باشد.

در شکل زیر رابطه هر یک از این پارامترها با مکان در طول ناحیه واکنش نشان داده شده است.

توجه کنید که قبل از اینکه واکنش شروع شود فشار ناگهان به مقدار ماکزیمم خود می‌رسد.

نشان دهنده تغییرات فشار و درجه حرارت و دانسیته در طول منطقه واکنش می‌باشد.

به خاطر این افزایش ناگهانی در فشار است که واکنش دائماً شروع می‌شود.

هنگامیکه انفجار پایدار صورت بگیرد.

وضعیت به صورت دائم باقی می‌ماند.

فشار زیاد که از واکنشهایی که قبلاً صورت گرفته است.

ناشی می‌شود و به قسمت بعدی که تحت واکنش قرار می‌گیرد می‌رسد.

به هنگامیکه واکنش کامل می‌گردد، فشار در پشت جبهه موج فوراً افت می‌کند و به مقدار ثابتی که فشار انفجار است می‌رسد تغییرات دانسیته از تغییرات فشار تبعیت می کند، دانسیته ابتدا افزایش و سپس کاهش می‌یابد.

از طرف دیگر ما پس از یک پرش ابتدائی کمابیش با پیشروی واکنش افزایش می‌یابد.

در یک ماده منفجره با مقدار نامحدود ابعاد ناحیه واکنش اهمیت ویژه‌ای ندارد و تاثیر کمی روی سرعت پیشروی جبهه انفجار دانسیته و مقدار انرژی آزاد شده طی واکنش که پارامترهای کنترل کننده‌ای می‌باشند دارد.

وضعیت برای خرجهایی با مقدار محدود کاملاً متفاوت است.

هنگامیکه ابعادناحیه واکنش متناسب با ابعاد خرج انفجار باشد، این ابعاد بسیار مهم می‌گردند.

تحت این شرائط محصولات انفجار می‌توانند از اطراف منبسط شوند و بدون اغراق قبل از اینکه واکنش کامل گردد از محیط خارج شوند و بدینوسیله از ارائه کامل انرژی درونی ذاتی انفجار جلوگیری می‌شود.

تاریخچه: انرژی انفجار عمدتاً به عنوان ابزاری قدرتمند جهت تخریب به کار گرفته شده و اثرات سودمند آن کمتر مورد توجه و بررسی قرار گرفته است، با اینکه سالیان بسیاری است که بشر این انرژی توانمند را به کار گرفته، لکن از سال 1950 تحقیقات در ضمیمه بکارگیری آن در جهت تولید و سازندگی آغاز گردید.

آنچه در ابتدای مطالعات توجه محققان را معطوف خود داشت، چگونگی رفتار قطعه در مقابل امواج دینامیک ناشی از انفجار بود که در این راستا جهت بررسی تغییر شکل لحظه‌ای قطعات در مجاورت انفجار تلاشهایی صورت گرفته است.

با ابداعاتی که توسط Johnson انجام گرفت، روشهای شکل دهی انفجاری جایگاه خود را در اذهان پیدا کرد.

وی در سالهای 1966 و 1967 با استفاده از مختصات اگر انرژی برای مسائل دو بعدی با تقارن مدوری تحت اثر ضرب در ناحیه الاستیک - پلاستیک، یک روش تحلیلی ارائه نمود و با ارائه مثالهایی نظیر گلوله کره و استوانه نیکلی (با سرعت 150) با صفحات ضخیم آلومینیومی، آنرا تشریح کرده.

Jones در سال 1972، طی مقاله مفصلی، به بیان چگونگی پاسخ فلز به بارگذاری ضربه‌ای ناشی از انفجار یک ماده منفجره در تماس با سطح آن پرداخت.

در این مقاله، سلسله اتفاقاتی که در طی رخداد فرآیند انفجار در یک ماده منفجره رخ می‌دهد، چگونگی تولید و انتشار موج شوک در درون ماده منفجره و درون فلز و نیز برهمکنش موج شوک با فلز، به تفصیل توضیح داده شده است.

Pearson در سال 1972، در رابطه با روشهای کاربردی شکل‌دهی انفجاری، تحقیقاتی انجام داد و ضمن بیان پارامترهای موثر، فرآیندهای شکل‌دهی را با توجه به موقعیت ماده منفجره نسبت به سطح قطعه کار طبقه بندی نمود.

Zernow و Lieberman در سال 1972 با بیان چند مثال علمی، به بیان «تعامل ملاحظات فنی و اقتصادی» در فرآیندهای انفجاری پرداختند و در طی آن راهنماییهای ارزنده‌ای درباره نحوه ساخت و انتخاب جنس مواد مختلفی که تجهیزات سیستم شکل‌دهی باید از آنها ساخته شوند بنحوی که از لحاظ اقتصادی و فنی قابل توجیه باشند ارائه نمودند.

Heifitz در سال 1973 با ارائه مثالهائی در خصوص پوسته کروی و صفحه دایروی و مطالعه برآمدگی آنها پس از اعمال ضربه، ضمن توجه به تغییر شکلهای بزرگ و روند رشد کرنش پلاستیک با زمان، معادلات اساسی (روابط تنش- کرنش) را فقط به شکل عددی المان محدود به کار گرفته است.

Osaka و همکاران در سال 1986، تغییر شکل ورقهای گرد را برای ساخت مخازن تحت فشار، بوسیله انفجار در زیر آب و با استفاده از مختصات لاگرانژی و استفاده از روش تفاضل محدود مورد بررسی قرار داده‌اند و در بررسی معادلات تنش- کرنش، رفتار فلز را فقط بصورت الاستیک- کاملاً پلاستیک در نظر گرفته‌اند.

Fujita و همکاران در سال 1995 با ارائه سه مدل رفتاری در ناحیه الاستیک- پلاستیک صفحه فلزی تحت اثر بار ناگهانی با فشار یکنواخت را تحلیل نمودند و نشان دادند که اثر موجهای خمشی روی مکانیزم تغییر شکل، با روش تحلیلی یکسان است و حاصل کار هماهنگی خوبی را نشان می‌دهد، حتی اگر اثرات کرنش و نرخ سخت شوندگی آن بر روی تغییر شکلهای بوجود آمده منظور شود.

Comstockr و همکاران در سال 2001 روش جدیدی برای شبیه‌سازی آزمایشهای شکل‌دهی انفجاری صفحات، ارائه کردند و نشان دادند که این روش ابزار مهمی برای تشخیص شکل‌پذیری و تحمل بارهای خارجی برای آلیاژهاست.

این شبیه‌سازی، بوسیله تئوری قوی و در محدوده بزرگی از تغییر شکل (تا حد کشش عمیق) انجام شده است، ولی در طی آن به عامل زمان و سرعت بارگذاری توجهی نشده است.

Mynors و Zhang در سال 2002 و در طی یک مقاله بسیار مفصل به بررسی همه جانبه تواناییها و قابلیت‌های شکل‌دهی انفجاری پرداختند.

در تاریخچه این اثر تحقیقی، روندی که در طی آن فرآیند شکل‌دهی انفجاری به یک روش تولیدی موفق و سودمند تبدیل شده است شرح داده شده است.

در طی یک ده اخیر توسط لیاقت و همکاران، تحقیقات گسترده‌ای در داخل کشور، بر روی فرآیندهای شکل‌دهی در سرعتهای بالا انجام گرفته و در حال انجام است مخصوصاً آزمایشهای شکل‌دهی انفجاری آنان که به منظور تولید قطعات مخروطی برای کاربردهای نظامی و غیر نظامی انجام گرفت.

بسیار قابل توجه است.