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

Assessment of fluid balance in different regimens of infusion therapy of high surgical risk patients with acute abdominal pathology.

Fluid disorders always accompany acute pathology of abdominal organs. To conduct comparative analysis of efficiency of the goal-directed and restrictive regimens of infusion therapy of replenishment of volume depletion in high surgical risk patients with acute abdominal pathology 80 patients, operated by urgent laparotomy were studied. Patients were divided into two groups. In the first group (n=40) a goal-directed infusion therapy was conducted, in the second (n=40) – restrictive. Rheographic method was used to investigate the performance of water sectors of the organism, daily and cumulative water balances were defined, the percentage of excessive fluid was determined and estimated. In patients of the first group an increase in plasma volume by 11% (p<0.05), exceeding of the volume of interstitium by 14% (p<0.05) and the volume of extracellular fluid by 7% (p<0.05) on the 1st and 2nd day were noted. From the 3 to 7th day a reduction in extracellular fluid to 91.5% (p<0.05) of the norm was noted. Recovery of all the studied parameters was detected on the 10th postoperative day, when the percent of excessive fluid reached 9.6%. In patients of the second group there was restoration of plasma volume to normal in reduced by 10% (p<0.05) – 12% (p<0.05) from the norm of the interstitium volume, respectively to the 1st and 2nd day after surgery. From the 3d day there was a significant restoration to normal of all the studied parameters, which coincided with the “zero” values of the daily water balance and sufe limits of the percent of excess fluid, which reached 6.1% on the 10th day of treatment. Thus, the goal-directed infusion therapy allows to perform the correction of volume depletion in high surgical risk patients with acute abdominal pathology by increasing intravascular volume to excessive and increase of interstitium volume on 1st and 2nd day, development of a mild volume depletion from the 3d to 5th day, maintainance of the percentage of excessive fluids within safe borders. Restrictive mode of infusion therapy normalizes fluid balance of water sectors due to restoration of plasma volume in 6 hours of treatment and maintains it within the limits of the norm during all the postoperative period, preventis the development of interstitial oedema, ensures the "zero" daily water balance and limits the postoperative growth of the percentage of excess fluid.

Генеза ідей сексуальноЇ педагогіки у вітчизняній гуманітарній спадщині (Genesis of ideas of sexual pedagogy in the domestic humanitarian heritage)

Проблеми сексуальної соціалізації дітей, сексуальної просвіти та виховання, статевого питання розглянуто у історико-педагогічному ракурсі. Висвітлюються основні шляхи вирішення проблеми сексуального виховання у теоретичних працях та практичній діяльності педагогів ХХ століття. Аналізуються різні напрямки в розробці проблеми сексуальної соціалізації. Визначено провідні тенденції періодів становлення сексуальної педагогіки. З’ясовано особливості сексуальної соціалізації в українській педагогіці та шкільній практиці в роки незалежності України. (The problem of sexual socialization of children, sexual education and sexual question in the historical and pedagogical perspective are examined. The key ways of solving the problem of sex education in theoretical works and practical activities of pedagogues of XX century are indicated. Different tendencies in the solution of the problem of sexual socialization (social and pedagogical, psychoanalytic, anthropological, medical and hygiene, Christian and orthodox) are emphasized. The periods of development of sexual pedagogy are determined, their major tendencies and the impact of Soviet totalitarianism are grounded. Problems of sexual development and sex education of children and teenagers in the work «Sketches of the child’s sexuality» written by P. Blonskyi, works of Russian (A. Zalkind, Ie. Lozynskyi) and Ukrainian (H. Vashchenko) pedagogues are analysed. The pedagogic views of А. Makarenko and V. Sukhomlynskyi on the problem of sexual socialization of children and youth are represented. The neglect of the problem of sexual education of children in postwar school and hypocrisy of Soviet discourse about sexuality are emphasized. The peculiarities of sexual socialization in the Ukrainian pedagogy and school practice during Ukraine’s independence are found out. Problem areas of modern sexual pedagogy (conceptual apparatus, age-specific parameter, the leading social institution, content parameter, methodical parameter) are described. In the conclusion author mentioned that sexual socialization includes issues of education and upbringing. The challenge of time is the development of sexual pedagogy as a social and pedagogical problem.

Kinetostatics of Wheel Vehicle in the Category of Spiral-Screw Routes

International audienceDeterministic mathematical model of kinetostatics of wheel vehicle in terms of different modes of spatial motion in the context of curved route is proposed. Earth-based coordinate system is introduced which pole and axial orientation are determined by the convenience of route description as well as vehicle-related coordinates which pole axial orientation are determined within inertial space with the help of natural trihedral. Turn of the natural trihedral within inertial coordinates is described by means of quaternion matrices in the context of Rodrigues-Hamilton parameters. Rodrigues-Hamilton parameters are in matrix form in direct accordance with specified hodograph. Kinetostatics of wheel vehicle is considered in terms of spatial motion with an allowance for three-dimensional aerodynamic forces, gravity, and tangential and centrifugal inertial forces. In the context of spiral-screw lines deterministic mathematical model of wheel vehicle kinetostatics is proposed in the form of hodograph in terms of uniform motion, accelerated motion, and decelerated motion within following route sections: straight and horizontal; in terms of vertical grade; in terms of horizontal plane. Analytical approach to determine animated contact drive-control forces of wheel vehicle for structural diagrams having one and two support points involving of a driving-driven wheel characteristic is proposed based on kinetostatics equations. Mathematical model of wheel vehicle kinetostatics in terms of spatial motion is constructed on the basis of nonlinear differential Euler-Lagrange equations; it is proposed to consider physically implemented motion trajectories of wheel vehicles in the context of spiral-screw lines; hodograph determines spatial displacement; Rodrigues-Hamilton parameters determines spatial turn; Varignon theorem is applied to identify components of drive (control) force. The obtained results make it possible to solve a wide range of problems connected with dynamic design of wheel vehicles involving controllability, and estimation of dynamic load of both system and support surface

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

Підвищення стійкості підземних виробок шляхом формування нових геотехнічних властивостей прилеглих шарів методом роликового ущільнення

Purpose. To create a model reproducing the process of forming geotechnical properties of the rock massif adjoining circuit of underground excavation by roller compaction method incorporating hardening and creating the zone of slow plastic deformation. Methods. Modelling the main technological parameters of manufacturing process as for adjoining circuit of the tunnel: distribution of normal pressures and heights of the core seal depending on the main strength and deformation properties of rock massif, geometry and characteristics of the contact area of roller working body with the working medium. Findings. The choice of the computational model simulating the formation of adjoining mountain contour properties by roller method has been justified taking into account the processes caused by soil deformation: appearance of elastic and plastic deformation, change of soil characteristics, formation of compaction core. The main stages and parameters interrelations in modelling the processing of the tunnel adjoining zone are shown. Originality. Scientific novelty is referred to the development of a method to analyze contact interaction of the roller working body of a molding machine with the massif, considering changes in the process of the treated medium physical and mechanical properties stabilization, with the aim to predict the required stress and depth of the formed layer. Practical implications. The research allowed to infer theoretical fundamentals for the formation of geotechnical properties inherent to the adjoining contour of underground excavation by roller method, taking into account peculiarities of soil deformation and contact interaction of the working body with the environment which allows to improve the tunnel construction technology by strengthening the carrying capacity of the marginal massif. The obtained results are instrumental in determining parameters of the elastic and plastic deformations zone with the view to establishing its height and stresses.Мета. Створення моделі процесу формування геомеханічних властивостей прилеглого контуру гірського масиву підземної виробки методом роликового пресування з урахуванням зміцнення і створення зони уповільнененої пластичної деформації. Методика. Змодельовані основні технологічні параметри процесу обробки прилеглого контуру тунелю: розподіл нормальних тисків і висоти ядра ущільнення у залежності від основних характеристик міцності та деформаційних властивостей гірського масиву, геометрії й особливостей зони контакту роликового робочого органу з оброблюваним середовищем. Результати. Обґрунтовано вибір розрахункової моделі процесу формування властивостей прилеглого контуру гірського масиву роликовим методом з урахуванням виникаючих процесів при деформації ґрунтів: виникнення пружної та пластичної деформацій, зміна характеристик ґрунту, виникнення ядра ущільнення. Показані основні етапи та взаємозв’язки параметрів при моделюванні процесу обробки прилеглої зони тунелю. Наукова новизна. Наукова новизна полягає у розробці методу аналізу контактної взаємодії роликового робочого органу формуючого агрегату з масивом із урахуванням зміни в процесі стабілізації фізико-механічних властивостей оброблюваного середовища, метою якого є прогнозування необхідних напружень і глибини сформованого шару. Практична значимість. Створено теоретичні основи формування геотехнічних властивостей прилягаючого контуру підземної виробки роликовим методом з урахуванням особливостей деформації ґрунтів та контактної взаємодії робочого органу з оброблюваним середовищем, які дозволяють удосконалити технологію будівництва тунелів шляхом посилення несучої здатності приконтурного масиву. Отримані результати дозволяють визначити параметри зони пружних і пластичних деформацій з метою встановлення її висоти і виникаючої напруги.Цель. Создать модель процесса формирования геотехнических свойств прилегающего контура горного массива подземной выработки методом роликового прессования с учетом упрочнения и создания зоны замедленной пластической деформации. Методика. Смоделированы основные технологические параметры процесса обработки прилегающего контура тоннеля: распределение нормальных давлений и высоты ядра уплотнения в зависимости от основных прочностных и деформационных свойств горного массива, геометрии и особенностей зоны контакта роликового рабочего органа с обрабатываемой средой. Результаты. Обоснован выбор расчетной модели процесса формирования свойств прилегающего контура горных массива роликовым методом с учетом возникающих процессов при деформации грунтов: возникновения упругой и пластической деформации, изменение характеристик почвы, возникновение ядра уплотнения. Показаны основные этапы и взаимосвязи параметров при моделировании процесса обработки прилегающей зоны тоннеля. Научная новизна. Научная новизна заключается в разработке метода анализа контактного взаимодействия роликового рабочего органа формующего агрегата с массивом с учетом изменения в процессе стабилизации физико-механических свойств обрабатываемой среды, целью которого является прогнозирование необходимых напряжений и глубины сформированного слоя. Практическая значимость. Созданы теоретические основы формирования геотехнических свойств прилегающего контура подземной выработки роликовым методом с учетом особенностей деформации грунтов и контактного взаимодействия рабочего органа с обрабатываемой средой, которые позволяют усовершенствовать технологию строительства тоннелей путем усиления несущей способности приконтурного массива. Полученные результаты позволяют определить параметры зоны упругих и пластических деформаций с целью установления ее высоты и возникающих напряжений.The authors express their gratitude to the staff of the Department of Computer Material Engineering of Superhard Composite Materials at V. Bakul Institute for Superhard Materials of the National Academy of Sciences of Ukraine for providing test instrumentation system

A new class of photo-catalytic materials and a novel principle for efficient water splitting under infrared and visible light - MgB2 as unexpected example

Water splitting is unanimously recognized as environment friendly, potentially low cost and renewable energy solution based on the future hydrogen economy. Especially appealing is photo-catalytic water splitting whereby a suitably chosen catalyst dramatically improves efficiency of the hydrogen production driven by direct sunlight and allows it to happen even at zero driving potential. Here, we suggest a new class of stable photo-catalysts and the corresponding principle for catalytic water splitting in which infrared and visible light play the main role in producing the photocurrent and hydrogen. The new class of catalysts based on ionic binary metals with layered graphite-like structures which effectively absorb visible and infrared light facilitating the reaction of water splitting, suppress the inverse reaction of ion recombination by separating ions due to internal electric fields existing near alternating layers, provide the sites for ion trapping of both polarities, and finally deliver the electrons and holes required to generate hydrogen and oxygen gases. As an example, we demonstrate conversion efficiency of 27 percent at bias voltage bias 0.5 V for magnesium di-boride working as a catalyst for photo-induced water splitting. We discuss its advantages over some existing materials and propose the underlying mechanism of photo-catalytic water splitting by binary layered metals