Ejecta splashing and scaling of projectile oblique impact on granular media

物理 喷出物 射弹 斜格 缩放比例 机械 标度律 撞击坑 经典力学 天文 几何学 超新星 数学 语言学 量子力学 哲学
作者
Xiaoyan Ye,Yingnan Xiu,Xin Yang
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:36 (7)
标识
DOI:10.1063/5.0207167
摘要

Ejecta splashing is accompanied by the formation of impact craters in oblique impact of a sphere onto a granular target. We investigated the morphology and scaling of the ejection, together with the evolution and final size of crater by performing a series of experiments, varying the impact angle θ and impact speed V0. The experiment categorized the crater shapes in the space parameters Fr and θ and revealed that the maximum ejecta height exhibits two regimes related to Froude number, while the crater length, width, and depth are all collapsed to a master line. Then, the evolution characteristics of the corolla dimensions (top diameter, neck size, bottom diameter, and height) are determined. Moreover, a simple ballistic model taking into account the air drag force acting on the ejecta has been proposed to predict the dynamic processes of the corolla in oblique impacts. Furthermore, the opening of the crater formation deduced by the dynamics of the corolla formed and the collapsing process (i.e., the splashed sand avalanching down along the wall of the crater) have been investigated in detail using a simplified Bouchaud–Cates–Ravi–Edwards model. Our theoretical model demonstrated high accuracy in reproducing the evolution of a crater during impacting and in predicting the final crater scaling after avalanching.
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