Главная Расчет круглых валов 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 [ 95 ] 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 115 4 5 6 7 S 9 Ю П и Рис. 11.6.3. Схемж пневмопороховой установки ПК-90: 1 - электрическая спираль; 2 - пороховая камера; 3 - камера сжатото воздуха; 4 - диафрагма; 5 - ствол; 6 - станина; 7 - ударник; 8 - опорный фланец; 9 - образец; 10 - прижимной фланец; 11 - вакуумная камера; 72 - предохранительный клапан вого сплава), к торцу которого может 1фепить-ся пластинка из требуемого материала. Разгон ударника сжатьш воздухом позволяет достичь скорости соударения 450 м/с, использование пороховых зарядов увеличивает скорость до 1000... 1200 м/с. Непосредственное соударение образца с ударником происходит в вакуумной камере 11, Образец 9 прижимается фланцем 10 через амортизатор к опорной поверхности фланца 8. Регистрация профилей ударных волн датчиками давления. Регистрация напряжений в материале при ударном нагружений осуществляется по различным методикам, основанным на применении разного рода датчиков, которые реагируют на изменение термодинамических (давление, плотность, температура) параметров при ударном сжатии. Вопросы конкретного использования различных датчиков определяются объектами исследований (металлы, неметаллы), их физическими характеристиками (электрическая проводимость, импеданс), геометрией, диапазоном давлений, длительностью процесса и др. Наиболее широко используют кварцевый, манганиновый и диэлектрический датчики. Кварцевый датчик относится к пьезоэлектрикам и применяется при изучении упругопластических свойств материалов, а также для измерения давления в продуктах взрыва. При проведении исследований используют датчики со сго1ошным;электродом 2, с охранным кольцом 3 (рис. 11*6.4) и шунтируемым охранным кольцом. В датчике с охранным кольцом необходимо, чтобы электрический потенциал на двух электродах бьш одинаков, для чего сопротивления нагрузки подбирают обратно пропорционально площади электродов. Ширина внешнего электрода d > 1,5Л. Размеры центрального электрода выбирают из условия отсутствия влияния боковой разгрузки за время регистрации. Площадь прокладки, изолирующей центральный электрод от внешнего, менее 4 % площади центрального. Рис. 11.6.4. Кварцевый датчик: 7 - кварц; 2 - центральный электрод; 3 - охранное кольцо; 4 - изолирующая прокладка; УВ - ударная волна Рис. 11.6.5. Схема использования кварцевого датчика: 7 - ствол метательной установки; 2 - ударник; 3,4 кварц; 5 -изолирующая втулка При проведении экспериментов изолируют боковые поверхности кварца 3, 4 от возможных пробоев по поверхности (рис. 11.6.5), так как при давлении 2000 МПа электрическое поле в кварце достигает величины 10 В/см. Временная разрешающая способность датчика определяется симметрией фронта ударной волны и временем установления измерительного тракта. Сигнал от кварцевого датчика регистрируется осциллографом (полоса пропускания 20... 150 МГц, Л = 50 Ом и входная емкость 20 щД . Точность измерения давления 5%. К преимуществам кварцевого датчика, как и всего класса пьезоэлектриков, следует отнести высокую разрешающую способность по времени (примерно 10 не), простоту и доступность средств регистрации. Недостатками являются: несогласованность импедансов измерительного элемента и объекта измерения, ограниченный предел измерений по давлению (по существу ограничен пределом упругости по Гюгонно), очень высокая степень обработки поверхности кварца. М а н г а н и н о в ы й д а т ч и к относится к пьезорезисторам и применяется в технике измерения как статических, так и динамических давлений. Конструкция датчиков определяется условиями, в которых проводится регистрация Рис. 11.6.6. Маш* ый датчик давления. В случае плоского удара в качестве чувствительного элемента используется отрезок расплющенной проволоки или фольги. Для увеличения сопротивления и уменьшения занимаемой площади его зигзагообразно изгибают (рис. 11.6.6), приваривая точечной сваркой вьшоды 2 из медной фольги с очень малым сопротивлением. Толщина чувствительного элемента 1 датчика обычно составляет несколько сотых долей миллиметра, в местах крепления вывода к ней добавляется толщина выводов, так что суммарная толщина датчиков 0,04...0,01 мм. От электропроводящих поверхностей тел , нагружаемых ударом, чувствительный элемент изолируется с помощью прокладок 3 из фторопласта, лавсана, слюды, эпоксидной смолы. Разрешающая способность датчика определяется временем установления равновесного состояния в образце и изоляхщи: обычно в 3-5 раз больше времени пробега волны по толщине изолирующей прокладки (например, при толщине лавсановой изоляции 0,12 мм это время 0,1...0,15 мкс). Манганиновые датчики отличают относительная простота в изготовлении, доступность материала и надежность в эксплуатации. К недостаткам следует отнести зависимость коэффициента пьезочувствительности от среды, в которую датчик помещен, а также наличие гистерезиса. Кроме того, этот датчик является вторичным средством (как и многие другие) регистрации давления ударного сжатия и предполагает* наличие первичного (абсолютного) точного определения давления косвенным методом, заключающимся в том, что с помощью электромагнитного способа либо лазерного интерферометра определяют скорость свободной поверхности или массовую скорость, а затем на основе законов сохранения энергии определяют действующее давление. Диэлектрический датчик используется для регистрахщи профиля импульса давления в твердых телах, вызванного ударным или взрывным нагружением. Рис. 11.6.7. Диэлектрический датчик Принцип работы основан на регистрации изменения при сжатии емкости плоского конденсатора, образованного двумя электропроводящими поверхностями с диэлектрической пленкой между ними. В плоском конденсаторе центральный электрод 1 вместе с выводом расположен между двумя слоями диэлектрической пленки 2, а второй электрод 3 (поверхности проводящих металлических материалов или тонкая металлическая фольга в случае неметаллов) заземлен (рис. 11.6.7). Перед опытом датчик заряжается от источника постоянного напряжения через сопротивление, которое столь велико, что влияние процесса подзарядки конденсатора в течение времени регистрахщи несущественно. При сжатии датчика в ударной волне заряд конденсатора сохраняется практически постоянным (проводимостью пленки можно пренебречь), а изменение емкости датчика, вызванное сжатием диэлетрика, приводит к изменению разности потенциалов на электродах датчика, регистрируемой прибором с высокоомным входом. В зависимости от конкретных условий регистрахщи диэлектрический датчик можно соединить непосредственно с пластинами вертикального отклонения электронно-лучевой трубки осциллографа коротким отрезком кабеля, либо через катодный или эмиттерный повторитель или усилитель с высокоомным входом. Изменение емкости датчика характеризуется величиной приложенного давления. Та-рировочную кривую, связывающую изменение емкости с действующим давлением, строят по данным спехщальной серии плосковолновых экспериментов, при которых регистрируется изменение разности потенциалов на электродах датчика, а давление в волне нагрузки рассчитывается на основе законов сохранения. Для каждого вида диэлектрика строится своя тарировочная кривая [9]. Разрешающая способность диэлектрического датчика по времени, например, с лавсановой пленкой толщиной 0,06 мм равна 0,05 мкс (в случае расположения датчика между стальными пластинами). К преимуществам диэлектрического датчика следует отнести простоту в изготовлении и эксплуатахщи, доступность материалов, высокий уровень изме- ряемых сигналов и помехозащищенность. Недостатком является невозможность индивидуальной тарировки каждого элемента, поскольку это метод одноразового использования (как, впрочем, и все другие), что снижает точность измерений. Испытание металлов на ударное сжатие при скоростях деформации до 10 с~ Избежать трудностей экспериментального характера по методике разрезного стержня Гопкинсона позволяет метод, суть которого заключается в следующем (рис. 11.6.8). Образец 1 в виде диска с прорезями, выполненными с шагом h деформируется между плоскими поверхностями ударника 2 и подкладкой плиты-динамометра 3 на метательной установке. Узкая полоса материала при этом деформируется в условиях плоской деформации (деформация в направлении оси полоски отсутствует), и ее сопротивление пластическому сдвигу (по критерию Мизеса) может бьггь сопоставлено с сопротивлением сдвигу при одноосном напряженном состоянии. Ширина полоски b выбирается из условия, что усилие ее деформирования не вызывает заметной пластической деформации в ударнике и плите-динамометре. Материал последних находится в условиях стесненной пластической деформации, что способствует снижению возникших в нем деформаций. Деформирование образца сопровождается распространением волны по ударнику и плите-динамометру. На удалении от поверхности контакта с образцом, равным примерно шагу решетки, волна в плите близка к плоской и регистрация ее интенсивности в области, не затронутой влиянием волн боковой разгрузки, характеризует сопротивление деформированию образца. Для регистрации волны в гиште-динамометре используется диэлектрический датчик давления 5, расположенный между тъшьной поверхностью плиты и пластиной из оргстекла 4. Напряжение деформирования образца a = p/i/[(l + 8)], где р - давление в гиште-динамометре при прохождении плоской волны. Давление р определяется по известной тарировочной кривой датчика и ударным адиабатам материала плиты-динамометра и оргстекла. Скорость деформирования 8 определяют по разности скоростей Av движения поверхностей ударника и плиты-динамометра: Av Vq - 2/?/(pofl) J 5 Рис. 11.6.8. Схема эксперимента на ударное сяштие где s - толщина образца (обычно 1 ...2 мм); а -скорость распространения упругой волны в плите-динамометре (материал ударника и плиты-динамометра деформируется упруго). Метод предназначен для испытаний относительно мягких металлов. В качестве ударника и плиты-динамометра используют высокопрочную (закаленную) сталь. Глава 11.7 МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СЛОЖНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ В настоящее время для экспериментального исследования механических свойств материалов в условиях сложного напряженного состояния имеется большое число методик, использующих образцы различных типов, причем для каждого типа образца существует множество конкретных конструктивных решений. Большинство из этих методик рассчитано на реализацию двухосного (плоского) напряженного состояния, так как практическое создание в достаточно большом рабочем объеме образца однородного и контролируемого в процессе испытания трехосного напряженного состояния, а также корректное количественное определение соответствующего ему деформированного состояния материала все еще представляют собой трудную методическую проблему. Разнообразие геометрических форм образцов для испьггания материалов при сложном напряженном состоянии не позволяет провести их четкую систематизацию по единому признаку. Принято следующее деление видов статических испытаний материалов в |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |