IMPACT FRAGMENTATION OF BRITTLE MATERIALS

Résumé
Des impacts à grande vitesse de projectiles sur des blocs finis et "semi-infinis " sont décrits. La pénétration s'accompagne d'une érosion du projectile et de la fragmentation et de l'éjection du cratère de petits débris ; l'énergie cinétique de ces débris représentant plus de 50% de l'énergie cinétique initiale du projectile. La réflexion des ondes de contrainte sur les surfaces libres et l'interaction de ces ondes réfléchies provoquent l'écaillage et la fragmentation du bloc. Le volume éjecté de matériau finement fragmenté est proportionnel à la taille du cratère et est donc relié à l'intensité de l'impact, c'est-à-dire à la masse et à la vitesse du projectile. La rupture dans les fragments plus gros situés loin du cratère est aussi reliée à l'intensité de l'impact, qui détermine le niveau de contrainte et les tailles des défauts activés, et est donc reliée, à la fois, à la vitesse et à la taille des fragments. L'énergie de déformation élastique est transformée en énergie d'expansion du nuage de débris.

Abstract
Impacts of high speed soft projectiles on finite and "semi-infinite" brittle blocks are described. Penetration is accompanied by projectile erosion and by the comminution and ejection of fine debris from a crater, the kinetic energy of this debris accounting for over 50% of the projectile impact kinetic energy. The conservation of momentum requires a small forward velocity of the centre of mass, and reflection of stress waves from distal surfaces and interaction of these reflected waves results in spalling and fragmentation of the block. The volume of finely fragmented material ejected is proportional to the size of the impact crater, and thus related to the intensity of the impact, i.e. the mass and velocity of the projectile. Fracture into larger fragments away from the impact crater is also related to the impact intensity, which determines the stress level and the sizes of flaws which are activated, and hence both the fragment velocity and size. The elastic strain energy is converted into the kinetic energy of expansion of this debris cloud.