Устройство для генерирования механического импульса давления электрическим взрывом фольги

Изобретение относится к нагружающим устройствам для создания кратковременных интенсивных импульсов давления и может быть использовано для определения механических свойств материалов в экстремальных условиях нагружения (высокие давления и скорости деформирования). Устройство состоит из конденсаторной батареи и узла нагрузки, представляющего собой прямой и обратные токопроводы. В качестве обратного токопровода используют токопроводяшую шину, состоящую из участка, расположенного ниже уровня взрываемой фольги и ток в котором течет в противоположном направлении току взрываемой фольги, участка, ось симметрии которого проходит через плоскость взрываемой фольги и направление тока в котором совпадает с направлением тока взрываемой фольги, а также участков, соединяющих верхний и нижний участки обратного токопровода. Расстояние до обратного токопровода, его высоту, глубину расположения нижней части обратного токопровода и длину верхней части обратного токопровода выбирают исходя из условия равенства нулю значения напряженности магнитного поля на границе фольги. Технический результат - получение равномерного распределения генерируемого механического импульса по поверхности нагружаемого образца при электрическом взрыве фольги. 2 ил.

 

Изобретение относится к технике создания кратковременных интенсивных импульсов давления и может быть использовано для определения механических свойств образцов материалов в экстремальных условиях нагружения (высокие давления и скорости деформирования).

Известно устройство для создания низкоинтенсивных импульсных нагрузок короткой длительности с помощью электрического взрыва проводников (ЭВП) [1], состоящее из конденсаторной батареи емкостью С и узла нагрузки, представляющего собой прямой и обратный токопроводы (ОТ), разделенные пленочным изолятором из лавсана, в качестве прямого токопровода используется взрывающийся проводник, а в качестве обратного - медная фольга, расположенная под прямым токопроводом. Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает двухсторонний доступ к взрываемой фольге (что необходимо, например, для проведения измерений величины механического импульса давления с использованием баллистического маятника) и то, что обратный токопровод влияет на параметры генерируемого механического импульса давления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству (прототипом) является устройство для электрического взрыва фольги, состоящее из конденсаторной батареи емкостью С в сочетании со взрывомагнитным генератором и узла нагрузки, представляющего собой прямой и обратный токопроводы, расположенные в одной плоскости, в качестве прямого токопровода используется взрывающийся проводник, а в качестве обратного - две медные шины, расположенные равноудаленно от боковых торцов взрываемой фольги, при этом ток в прямом и обратных токопроводах течет параллельно и в противоположных направлениях [2]. Недостатком данной схемы является то, что она не позволяет обеспечить равномерное распределения импульсной нагрузки на поверхности испытываемого образца, так как распределение тока при взрыве фольги существенно неоднородно и вызывает эффект сжатия тока в плоском проводнике.

Предлагаемое изобретение направлено на получение равномерного распределения генерируемого механического импульса по поверхности нагружаемого образца.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве обратные токопроводы имеют конфигурацию и расположение, обеспечивающие компенсацию влияния сжимающего магнитного поля, генерируемого током, протекающим по взрываемой фольге, магнитным полем, генерируемым током, протекающим по обратным токопроводам, при этом конструкция узла нагрузки такова, что обеспечивает доступ к взрываемой фольге с двух сторон.

В качестве прямого токопровода используется взрывающаяся фольга, а в качестве обратного - токопроводящая шина, состоящая из участка, расположенного ниже уровня взрываемой фольги, ток в котором течет в противоположном направлении току взрываемой фольги, участка, ось симметрии которого проходит через плоскость взрываемой фольги, направление тока в котором совпадает с направлением тока взрываемой фольги, и участков, соединяющих верхний и нижний участки обратного токопровода.

Схема реализации предлагаемого устройства представлена на фиг.1,

где показаны: 1 - генератор, состоящий из накопительной емкости С, индуктивности L, управляемого разрядника Р и узла нагрузки, включающего 2 - прямой токопровод, 3 - взрываемую фольгу, 4 - участок ОТ, лежащий в плоскости взрываемой фольги, 5 - участок ОТ, лежащий перпендикулярно плоскости взрываемой фольги, 6 - участок ОТ, лежащий в плоскости, параллельной плоскости взрываемой фольги, ниже нее на величину h₂, 7 - участок ОТ, лежащий перпендикулярно плоскости взрываемой фольги, 8 - участок ОТ, ось симметрии которого проходит через плоскость взрываемой фольги высотой h₁, длиной l, удаленный от боковой границы взрываемой фольги на расстояние b.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Вначале устанавливают и закрепляют взрываемую фольгу 3 в блоке нагрузки, осуществляют заряд накопительной емкости С генератора 1 от источника напряжения, затем осуществляют срабатывание управляемого разрядника Р и разряд емкости С, создающий в узле нагрузки ток I, протекающий последовательно по прямому токопроводу 2, взрываемой фольге 3, и участкам обратного токопровода 4-8, приводящий к электрическому взрыву фольги и генерированию механического импульса давления.

Использование обратного токопровода данной конфигурации обеспечивает минимальное значение напряженности магнитного поля на внешней границе взрываемой фольги, а следовательно, равномерность распределения тока по фольге и величины механического импульса по площади нагружения, устраняя тем самым эффект сжатия тока в плоском проводнике. Расстояние до обратного токопровода b и его высота h₁, глубина расположения нижней части обратного токопровода h₂ и длина верхней части обратного токопровода l выбраны исходя из условия равенства значения напряженности магнитного поля на границе фольги нулю.

Реализация заявленного устройства проводилась с использованием установки ФГУ «12 ЦНИИ МО РФ» «Зенит-К» с параметрами:

- максимальное зарядное напряжение - 50 кВ;

- емкость - 288 мкФ;

- индуктивность разрядного контура - 5,5 мкГн;

- сопротивление разрядного контура - 0,023 Ом.

На фиг.2 представлены образцы материалов после нагружения механическим импульсом давления при применении известного по прототипу (а) и предлагаемого (б) способов. Видно, что за счет применения схемы подключения фольги с компенсацией влияния магнитного поля получено равномерное распределение генерируемого механического импульса по поверхности нагружаемого образца.

Источники информации

1. Павловский А.И., Кашинцов В.И., Глушак Б.Л., Новиков С.А. Генерирование механического импульса электрическим взрывом проводника. // Физика горения и взрыва. 1983. Т.19. №3. С.124-126.

2. Андержанов Э.К., Дивнов И.И., Зотов Н.И., Христофоров Б.Д. Зависимость параметров электровзрыва фольг и последующего разряда в воздухе от подводимой мощности. // Журнал технической физики. 1989. Т.59. В.8. С.17-23.

Устройство для генерирования механического импульса давления электрическим взрывом фольги, состоящее из конденсаторной батареи и узла нагрузки, представляющего собой прямой и обратные токопроводы, отличающееся тем, что в качестве обратного токопровода используют токопроводящую шину, состоящую из участка, расположенного ниже уровня взрываемой фольги и ток в котором течет в противоположном направлении току взрываемой фольги, участка, ось симметрии которого проходит через плоскость взрываемой фольги и направление тока в котором совпадает с направлением тока взрываемой фольги, а также участков, соединяющих верхний и нижний участки обратного токопровода, при этом расстояние до обратного токопровода, его высоту, глубину расположения нижней части обратного токопровода и длину верхней части обратного токопровода выбирают исходя из условия равенства значения напряженности магнитного поля на границе фольги нулю.