Peculiarities of britlle and ductile materials destruction and deformation during the explosion of industrial shaped charges

Purpose. To study the laws of deformation and destruction of brittle and ductile rocks and concretes under explosion of industrial shaped charges. Methods. In experiments, the following methods of investigation were used: method of contact sensors for determination of jet velocity; determination of the ultrasonic wave velocity in the concrete samples; methods of optical and electronic microscopy; X-ray phase analysis; measuring and visual analysis of the dimensions and nature of deformation and destruction zones. Findings. The work describes the experimental data on the destruction of barriers made of concrete, granite, steel ST 3, AMC-n alloy, and zinc by the explosions of shaped charges of serial production with porous liners. Calculation formulas for estimating the radius of a destruction zone of geomaterials and rocks in case of a semi-infinite barrier are suggested. The calculation method is based on the estimation of energy impact on the rock by jet penetration velocity into the barrier. Jet velocities are determined experimentally and by engineering methods. The reasons for deviations in the hole shape and deflection of the destruction zone from the symmetry axis were determined. Originality. The modes of penetration of shaped jets into rocks of different porosity, the size of the fracture zone around the hole and the causes and mechanisms of the deviations of the hole shape from the symmetric one are established. Practical implications. The results of the research will be used to design blasting-and-perforation operations in geotechnological wells and can be used to design initiating devices for borehole charges.Мета. Дослідження закономірностей деформування й руйнування крихких і пластичних гірських порід та бетонів при вибуху промислових кумулятивних зарядів. Методика. Метод контактних датчиків для визначення швидкості струменя; визначення швидкості ультразвукових хвиль у зразках бетону; оптична та електронна мікроскопія; рентгенофазний аналіз; вимірювання й візуальний аналіз розмірів та характеру зон деформування і руйнування. Результати. В роботі описані експериментальні дані про деформацію та руйнування перешкод з бетону, граніту, пінобетону, сталі Ст 3, сплаву АМЦ-н і цинку вибухами кумулятивних зарядів серійного виробництва з пористим облицюванням. Запропоновано розрахункові формули для оцінки радіусу зони руйнування геоматеріалів і гірських порід у разі напівнескінченної перешкоди. Визначено причини відхилень форми отвору і зони руйнування від осі симетрії. Наукова новизна. Визначено режими проникнення кумулятивних струменів у породи різної пористості, розміри зони руйнування навколо отвору, а також причини і механізми відхилення форми отвору від симетричної. Практична значимість. Результати досліджень будуть використані для проектування вибухо-прострілочних робіт у геотехнологічних свердловинах і можуть бути використані для конструювання ініціюючих пристроїв свердловинних зарядів.Цель. Исследование закономерностей деформирования и разрушения хрупких и пластичных горных пород и бетонов при взрыве промышленных кумулятивных зарядов. Методика. Метод контактных датчиков для определения скорости струи; определение скорости ультразвуковых волн в образцах бетона; оптическая и электронная микроскопия; рентгенофазный анализ; измерение и визуальный анализ размеров и характера зон деформирования и разрушения. Результаты. В работе описаны экспериментальные данные о деформировании и разрушении преград из бетона, гранита, пенобетона, стали Ст 3, сплава АМЦ-н и цинка взрывами кумулятивных зарядов серийного производства с пористыми облицовками. Предложены расчетные формулы для оценки радиуса зоны разрушения геоматериалов и горных пород в случае полубесконечной преграды. Определены причины отклонений формы отверстия и зоны разрушения от оси симметрии. Научная новизна. Определены режимы проникания кумулятивных струй в породы различной пористости, размеры зоны разрушения вокруг отверстия, а также причины и механизмы отклонения формы отверстия от симметричной. Практическая значимость. Результаты исследований будут использованы для проектирования взрыво-прострелочных работ в геотехнологических скважинах и могут быть использованы для конструирования инициирующих устройств скважинных зарядов.The authors extend their sincere gratitude to the staff of Scientific Research Centre “Materialoobrobka vybukhom” (Processing Materials by Explosion) of the Paton Institute of Electric Welding affiliated with the National Academy of Sciences of Ukraine for the assistance in organization and conducting of the research. We would like to express special thanks to S.I. Kochetkov for the provided data on the velocity of longitudinal sound in solid sandy rocks, and to V.P. Bugaits for the assistance in experiments

Thermal switching of indirect interlayer exchange in magnetic multilayers

We propose a magnetic multilayer layout, in which the indirect exchange coupling (IEC also known as RKKY) can be switched on and off by a slight change in temperature. We demonstrate such on/off IEC switching in a Fe/Cr/FeCr-based system and obtain thermal switching widths as small as 10--20~K, essentially in any desired temperature range, including at or just above room temperature. These results add a new dimension of tunable thermal control to IEC in magnetic nanostructures, highly technological in terms of available materials and operating physical regimes.Comment: 3 figures, Supplementary Inf

Обгрунтування вибору типу радіаторного профілю для нової конструкції системи охолодження електронного модуля

The reliable operation of complex electronic systems with increased heat generation is ensured by the use of efficient cooling systems, the cost of which is sometimes up to 45% of the cost of electronic modules that are cooled. In this regard, the development of new design solutions aimed at reducing the cost of electronic module cooling systems is an urgent task. In this work, a new design solution to reduce the cost of the basic version of the air cooling system of the transmit/receive (T/R) module is proposed. Instead of the heatsink case of the T/R module made by the method of milling from a solid aluminum plate 53 mm thick, a design is proposed, which consists of two parts: an improved case part, made by the method of milling from an aluminium plate with half the thickness, and a convective heat exchanger attached to it, made from a serial heatsink profile. Active electronic components are in contact with the surface of the heat exchanger through the windows in the case. The main part of this work is devoted to rationale for choosing the most advantageous from a thermal point of view heat sink profile from the existing serial profiles for use in the new cooling system. Using computer simulation, the thermal performance of the proposed cooling system was determined and compared in two versions: based on a serial heatsink profile of type 1 and based on a serial heatsink profile of type 2. Types 1 and 2 of the heatsink profile are similar, but have different geometric characteristics, different number of fins, different fin heights, different base thicknesses and different weights. The purpose of the simulation is to determine the most effective of them for use in the new T/R module cooling system. As a result of simulation, it is shown that the most effective for use in the design of the T/R module air cooling system is a serial type 1 heatsink profile, made of aluminum-magnesium alloy AD 31Т. It has a base thickness of 4 mm, a fin height of 21 mm, a fin pitch of 7 mm, a fin thickness at the base of 2.5 mm, and a fin thickness at the top of 1 mm. The maximum temperature at the installation sites of the hottest transistors on a heat exchanger from a type 1 heatsink profile is 8.7–4.9 °С (or 10.0–8.2%) less than on a type 2 heatsink profile heat exchanger (at air velocity from 1 m/s to 5 m/s). The total thermal resistance of the cooling system using a type 1 heatsink profile is 13.5–11.9% less than using a type 2 heatsink profile. Moreover, the mass of the convective heat exchanger based on the type 1 heatsink profile is 367 g (or 8.5%) less.Надійна робота складних електронних систем з підвищеним тепловиділенням забезпечується застосуванням ефективних систем охолодження, вартість яких іноді становить до 45% від вартості електронних модулів, які охолоджуються. У зв’язку з цим, розробка нових конструктивних рішень, спрямованих на здешевлення систем охолодження електронних модулів, є актуальною задачею. В даній роботі запропоновано нове конструктивне рішення здешевлення базового варіанта повітряної системи охолодження приймально-передавального модуля (ППМ). Замість корпуса-радіатора приймально-передавального модуля, виконаного методом фрезерування з суцільної алюмінієвої плити завтовшки 53 мм, запропонована конструкція, яка складається з двох частин: удосконаленої корпусної частини, виготовленої методом фрезерування з алюмінієвої плити з удвічі меншою товщиною, та приєднаного до неї конвективного теплообмінника, виготовленого з серійного радіаторного профілю. Активні електронні компоненти крізь вікна в корпусній частині контактують з поверхнею теплообмінника. Обгрунтуванню вибора найбільш вигідного з теплової точки зору радіаторного профілю з існуючих серійних профілів для використання в новій системі охолодження присвячена більша частина даної роботи. Методом комп’ютерного моделювання визначено та порівняно теплові характеристики запропонованої системи охолодження з конвективним теплообмінником в двох варіантах виконання: на основі серійного радіаторного профілю типу 1 та на основі серійного радіаторного профілю типу 2. Типи 1 і 2 радіаторного профілю мають близькі, але різні геометричні характеристики, різну кількість ребер, різну висоту ребер, різну товщину основи і різну масу. Метою моделювання є визначення найбільш ефективного з них для використання в новій системі охолодження ППМ. В результаті моделювання показано, що найбільш ефективним для застосування в конструкції повітряної системи охолодження ППМ є серійний радіаторний профіль типу 1, виготовлений з алюмінієво-магнієвого сплаву АД 31Т, який має: товщину основи 4 мм, висоту ребер 21 мм, крок ребер 7 мм, товщину ребра біля основи 2,5 мм, товщину ребра біля вершини 1 мм. Максимальна температура в місцях встановлення найбільш нагрітих транзисторів на теплообміннику з радіаторного профілю типу 1 на 8,7–4,9 °С (або на 10,0–8,2%) менша, ніж на теплообміннику з радіаторного профілю типу 2 (при швидкості повітря від 1 м/с до 5 м/с). Загальний тепловий опір системи охолодження з використанням радіаторного профілю типу 1 на 13,5–11,9% менший, ніж з використанням радіаторного профілю типу 2. Крім того, маса конвективного теплообмінника на основі радіаторного профілю типу 1 менша на 367 г (або на 8,5%)

Ferromagnetic resonance and interlayer exchange coupling in magnetic multilayers with compositional gradients

Ferromagnetic resonance (FMR) in magnetic multilayers of type F1/f/F2, where two strongly ferromagnetic layers F1 and F2 are separated by a weakly magnetic spacer f with a compositional gradient along its thickness, is investigated. The method allows to detect the weak signal from the spacer in additional to the more pronounced and readily measured signal from the outer strongly-magnetic layers, and thereby study the properties of the spacer as well as the interlayer exchange interaction it mediates. Variable temperature FMR measurements, especially near the relevant Curie points, reveal a rich set of properties of the exchange interactions in the system. The obtained results are useful for designing and optimizing nanostructures with thermally-controlled magnetic properties.Comment: 6 pages, 3 figure