Способ определения откольной прочности материалов на разрыв при ударных нагрузках



Способ определения откольной прочности материалов на разрыв при ударных нагрузках
Способ определения откольной прочности материалов на разрыв при ударных нагрузках
Способ определения откольной прочности материалов на разрыв при ударных нагрузках

 


Владельцы патента RU 2491530:

ФГВОУВПО "Пермский военный институт внутренних войск МВД РФ" (RU)

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования механических свойств материалов при ударных нагрузках. Сущность: на образец испытуемого материала воздействуют косой ударной волной. Регистрируют с помощью импульсного проникающего излучения факт наличия откола конечной толщины, форму передней и задней границ откола и форму фронта ударной волны. С ненагружаемой стороны образца на него кладут слой материала, акустическая жесткость которого меньше акустической жесткости испытуемого материала образца, а толщина слоя составляет (1/4…1/2) от толщины материала образца. Получают пару соответствующих друг другу значений величины откольной прочности испытуемого материала по формуле и скорости деформации материала в области разрыва. В серии опытов с разными материалами слоя получают зависимость откольной прочности от скорости деформирования для испытуемого материала. Технический результат: увеличение объема получаемой информации. 3 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования механических свойств материалов при ударных нагрузках.

В настоящее время известны следующие характеристики аналогов-способов определения откольной прочности материалов на разрыв при нагружении их ударной волной [1], [2], [3].

В качестве прототипа выбран способ [1], по которому образец материала выполняют в виде пакета пластин и измеряют скорость каждой пластины в момент выхода ударной волны на ее свободную поверхность. По полученным данным и известной толщине откола в сплошном твердом образце определяют соответствующие друг другу значения откольной прочности материала и скорости деформации материала. Недостатками данного способа являются его сложность, трудоемкость и невозможность применения для исследования жидкостей.

Также известен способ [2] определения откольной прочности материалов на разрыв, заключающийся в том, что на образец испытуемого материала воздействуют косой ударной волной, регистрируют с помощью импульсного проникающего излучения факт наличия откола конечной толщины, форму передней границы откола и форму фронта ударной волны. По этим данным рассчитывают давление ударной волны при выходе на свободную поверхность образца, а по величине давления, при которой появляется откол, судят об откольной прочности материала. Недостатком способа является значительная трудоемкость испытаний, вызванная необходимостью проведения серии опытов с различными параметрами ударной волны для исследования одного материала.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является способ [3] определения откольной прочности материалов на разрыв при ударных нагрузках, заключающийся в том, что на образец испытуемого материала воздействуют косой ударной волной, регистрируют с помощью импульсного проникающего излучения факт наличия откола, форму передней границы откола, форму фронта ударной волны, а также форму задней границы откола. По полученным данным определяют скорости передней границы откола в момент начала ее движения и в момент начала разрушения и вычисляют величину откольной прочности. Недостатком данного способа является недостаточный объем информации, извлекаемой из опыта.

Целью изобретения является увеличение объема получаемой информации.

Для этого на ненагружаемую поверхность образца устанавливают слой материала, акустическая жесткость которого меньше акустической жесткости испытуемого материала образца, а толщина слоя составляет (1/4…1/2) от толщины материала образца. Такая толщина слоя необходима, чтобы исключить искажение параметров откола волнами, отраженными от свободной поверхности слоя.

Затем регистрируют форму задней границы откола, передней границы откола, форму фронта ударной волны, факт наличия откола. По полученным данным определяют скорости передней границы откола в момент начала ее движения и в момент начала разрушения.

На фиг.1 изображено устройство для реализации описываемого способа; на фиг.2 - картина, получаемая при помощи импульсного проникающего излучения; на фиг.3 - временная диаграмма движения фронта ударной волны и откола.

Устройство для реализации описываемого способа содержит источник 1 и регистратор 2 импульсного проникающего излучения, размещенные по разные стороны образца 3 с мягким слоем 4, который показан в момент развития откола 5. В качестве генератора ударной волны, взаимодействующего с нижней поверхностью образца 3, использован листовой заряд ВВ 6 одинаковой толщины. При включении в заданный момент источника 1 с помощью регистратора 2 фиксируются формы фронта 7 косой ударной волны в материале образца 3, передней 8 и задней 9 границ откола 5 в материале образца 3. Видны также свободная поверхность 10 образца 3, контактная граница 11 между мягким слоем 4 и образцом 3 испытуемого материала и фронт 12 отраженной от контактной границы 11 ударной волны. По полученным данным строят графики распространения фронта 7 ударной волны по образцу 3 и движения передней 8, задней 9 границ откола 5. Эти графики получают путем деления координаты Y (ось Y горизонтальна) на скорость D движения ударной волны вдоль этой координаты при равенстве координат X (ось X вертикальна) соответствующих точек на графиках Х(Y) и X(t). При этом получается диаграмма, изображенная на фиг.3, где зависимости от времени имеют следующие обозначения: Хф - фронт ударной волны 7, Хп - положение передней границы 8 откола 5, Хз - положение задней границы 9 откола, Хк - положение контактной границы «слой-образец» 11, Хо - фронт отраженной ударной волны. Точка А показывает момент выхода фронта 7 на контактную границу 11, точка Б - момент начала разрушения (образования откола) при взаимодействии фронта 12 отраженной ударной волны (волны разрежения) с участком разрежения основной ударной волны, следующим на некотором расстоянии от ее фронта 7.

По диаграмме на фиг.3 определяют разность скоростей:

Δ V = ( x к t | A x к t | Б ) [ 1 + ( 1 D x ф t | A ) 2 ] 1 2 ,

где ΔV - разность скоростей передней границы 8 откола 5 в момент начала движения передней границы (точка А) и в момент начала разрушения (точка Б);

t | A , t | Б - дифференцирование по времени в точках А и Б, соответственно.

Далее с помощью определенной таким образом величины ΔV получают пару соответствующих друг другу значений величины откольной прочности испытуемого материала по формуле:

σ = 1 2 Δ V ρ C ,

где ρ - плотность;

С - скорость звука,

и скорости деформации материала в области разрыва

ε ˙ = Δ V l .

Здесь l - толщина откола.

В серии опытов с разными материалами слоя получают зависимость σ ( ε ˙ ) откольной прочности от скорости деформирования для испытуемого материала.

Таким образом, предлагаемым способом производится установление зависимости скорости деформации от величины откольной прочности испытуемого материала на разрыв при импульсном нагружении по результатам серии испытаний для разных материалов контактного слоя.

Источники информации

1. Райнхарт Дж.С., Пирсон Дж. Поведение металлов при импульсных нагрузках. - М.: ИЛ, 1952, с.97-99, 151-157.

2. Авторское свидетельство СССР №575537, кл. G04N 3/30, 1975. Авторское свидетельство СССР №730080, кл. G01N 3/30, 1977, (прототип).

3. Авторское свидетельство СССР №730080, кл. G01N 3/30, 1977 (прототип).

Способ определения откольной прочности, заключающийся в том, что на образец испытуемого материала воздействуют косой ударной волной, регистрируют с помощью импульсного проникающего излучения факт наличия откола конечной толщины, форму передней и задней границ откола и форму фронта ударной волны, и отличающийся тем, что с ненагружаемой стороны образца на него кладут слой материала, акустическая жесткость которого меньше акустической жесткости испытуемого материала образца, а толщина слоя составляет (1/4…1/2) от толщины материала образца;
( ρ C ) с л о я < ( ρ C ) м а т е р и а л а о б р а з ц а ,
получают пару соответствующих друг другу значений величины откольной прочности испытуемого материала по формуле
σ = 1 2 Δ V ρ C
и скорости деформации материала в области разрыва
ε ˙ = Δ V 1 ,
где ρ - плотность;
С - скорость звука;
ΔV - разность скоростей передней границы откола в момент начала ее движения и в момент начала разрыва;
l - толщина откола,
в серии опытов с разными материалами слоя получают зависимость σ ( ε ˙ ) откольной прочности от скорости деформирования для испытуемого материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области динамических (ударных) испытаний узлов изделий, преимущественно узлов ракетных и артиллерийских снарядов. .

Изобретение относится к испытаниям материалов при импульсном, ударном нагружении. .

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).

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытаниях на высокоинтенсивные ударные воздействия различных приборов и аппаратуры. .

Изобретение относится к способам испытаний и может быть использовано для испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия ракетных и космических систем. .

Изобретение относится к области импульсной техники, в частности к области создания импульсного давления посредством электрического взрыва проводника для образования кратковременной ударной волны с высокой амплитудой давления, и может быть использовано для испытания объемных образцов на прочность к импульсному поверхностному воздействию, деформирования заготовок, синтеза сверхтвердых материалов и т.п.

Изобретение относится к методам испытаний на ударные воздействия и может быть использовано при испытаниях на высокоинтенсивные ударные воздействия различных приборов и оборудования.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытаниях на высокоинтенсивные ударные воздействия различных систем, состоящих из функционально связанных приборов.

Изобретение относится к военной технике, а именно к экспериментальным устройствам для отработки процесса разделения реактивных снарядов. .

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия приборов и оборудования. .

Изобретение относится к области проведения испытаний и измерений и позволяет исследовать влияние температуры нагрева образца на его физические и механические свойства, изменяющиеся при воздействии плоскими ударными волнами. Устройство включает в себя основание, на котором расположен плоской формы образец 2 материала, ударник 3 для формирования ударной волны в образце 2 в виде алюминиевого диска, который установлен на расстоянии над основанием с образцом, генератор 5 плоской ударной волны для разгона ударника 3, состоящий из заряда ВВ с парафиновой вкладкой, инициируемого от детонатора, при этом устройство снабжено нагревателем 7 с плавной регулировкой температуры разогрева спирали, заключенной в керамический корпус, и который через металлическую пластинку 8 прижат к поверхности образца 2, и термопарой 9, располагаемой между ними, при этом керамический корпус нагревателя 7 выполнен с центральным отверстием для пропуска зондирующего луча 10 лазера интерферометрического измерителя скорости. Технический результат изобретения состоит в расширении функциональных возможностей и повышении достоверности получаемых сравнительных результатов за счет проведения серийных испытаний образцов при повышенных температурах. 6 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области испытания материалов при ударных нагрузках и может быть использовано для получения информации о механических свойствах материалов при кратковременном интенсивном воздействии. Сущность: формируют плоскую ударную волну, действующую симметрично и одновременно в двух противоположных направлениях, в одном из которых размещен испытуемый образец. Одновременно регистрируют кинематические параметры ударной волны, распространяющейся по испытуемому образцу, и ударной волны, распространяющейся в противоположном от испытуемого образца направлении, после чего по их различию определяют механические свойства испытуемого конструкционного материала. Технический результат: повышение точности определения механических свойств испытуемых конструкционных материалов в условиях ударно-волнового воздействия за счет получения дополнительной информации в одном эксперименте, что связано с сокращением времени определения механических свойств, удешевлением способа их определения и снижением трудоемкости всего процесса. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

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).Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является создание электровзрывного устройства, снимающего ограничения по форме испытываемого образца и расширяющего область его использования с возможностью профилирования импульса давления по поверхности нагружения для воспроизведения распределенных по амплитуде импульсных нагрузок. Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве обратные токопроводы имеют конфигурацию и расположение, обеспечивающие компенсацию влияния сжимающего магнитного поля, генерируемого током, протекающим по взрываемым секторам фольги, магнитным полем, генерируемым током, протекающим по обратным токопроводам, при этом фольговый электрически взрываемый проводник выполнен в форме нагружаемой поверхности в виде секторов для создания механического импульса давления, распределенного по косинусоидальному закону. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к установке для исследования взрывозащитных мембран. Установка для исследования взрывозащитных мембран содержит взрывной сосуд. В сосуде производится взрыв горючей смеси. Узел крепления мембраны установлен в гнезде взрывного сосуда параллельно его оси. Параллельно оси узла крепления мембраны, в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, имеется механический индикатор давления с тумблером включения двигателя индикатора. Взрывная камера расположена соосно и оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном. Камера имеет штуцера для продувки взрывного сосуда после проведения эксперимента. В торцевой части взрывной камеры, соосно ей, расположена свеча зажигания, имеющая кнопку включения зажигания. Штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой закреплен в стенке сосуда и расположен над контактами свечи зажигания. Штуцера для продувки взрывного сосуда оснащены вентильными устройствами, блокирующими прорыв продуктов взрыва горючей смеси. Элементы, участвующие в испытании: индикатор давления, свеча зажигания, штуцер для заливки горючей жидкости, штуцера для продувки взрывного сосуда по прочности на «разрыв» превосходят прочность исследуемой мембраны не менее чем в два раза. Достигается повышение эффективности и защиты технологического оборудования от взрывов. 6 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взрывозащиты технологического оборудования, в частности защиты аппаратов от разрушения при взрыве горючей смеси разрывной мембраной. Стенд содержит взрывной сосуд, оснащенный узлом крепления мембраны, который установлен в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, параллельно с механическим индикатором давления с тумблером включения двигателя индикатора. Взрывная камера со свечой зажигания, имеющей кнопку включения зажигания, расположена оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном. Сосуд укомплектован штуцерами для продувки взрывного сосуда. Штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой, закреплен в стенке сосуда над контактами свечи зажигания. Элементы, участвующие в испытании: индикатор давления, свеча зажигания, штуцер для заливки горючей жидкости, штуцера для продувки взрывного сосуда подбираются по прочности на «разрыв», превосходящей прочность исследуемой мембраны не менее, чем в два раза. Давление взрыва регистрируется механическим индикатором давления. Необходимая концентрация смеси паров с воздухом обеспечивается дозировкой жидкости пипеткой через штуцер, который после заливки жидкости закрывается пробкой. Технический результат: повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов за счет увеличения быстродействия мембранного узла и надежности его срабатывания путем сопоставления данных аналитического расчета и экспериментального определения проходного сечения мембраны. 1 ил.

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано для исследования систем виброизоляции. Стенд содержит основание, на котором расположены дополнительные плиты с закрепленными на них виброизолируемыми аппаратами, и регистрирующая аппаратура. На основании установлена аппаратура летательных аппаратов, например два одинаковых бортовых компрессора для получения сжатого воздуха на борту летательного аппарата, при этом один компрессор установлен на штатных резиновых виброизоляторах, а другой компрессор установлен на исследуемой двухмассовой системе виброизоляции. Данная система включает в себя резиновые виброизоляторы и упругодемпфирующую промежуточную плиту с виброизоляторами, например, в виде пластин из полиуретана, которые так же, как и штатные резиновые виброизоляторы компрессора установлены на жесткой переборке, которая через вибродемпфирующую прокладку установлена на основании. На жесткой переборке, между компрессорами, закреплен вибродатчик, сигнал с которого поступает на усилитель и регистрирующую аппаратуру, например октавный спектрометр, работающий в полосе частот. При этом сравнивают полученные амплитудно-частотные характеристики от работы каждого из компрессоров и делают выводы об эффективности виброизоляции каждой системы, на которой они установлены. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей испытаний объектов, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями летательного объекта. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к оборудованию для испытаний приборов на вибрационные и ударные воздействия. Способ заключается в установке двух одинаковых исследуемых объектов на различных системах их виброизоляции и проведении измерений их амплитудно-частотных характеристик. Затем сравнивают полученные характеристики и делают выводы об эффективности виброизоляции каждой из исследуемых систем. При этом для определения собственных частот каждой из исследуемых систем виброизоляции производят имитацию ударных импульсных нагрузок на каждую из систем и записывают осциллограммы свободных колебаний. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей испытаний объектов, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями летательного объекта. 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению. Установка содержит взрывной сосуд, в котором производится взрыв горючей смеси. Узел крепления мембраны установлен в гнезде взрывного сосуда. В торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, имеется механический индикатор давления с тумблером включения двигателя индикатора. Взрывная камера расположена соосно и оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном. Камера имеет штуцеры для продувки взрывного сосуда после проведения эксперимента. В торцевой части взрывной камеры расположена свеча зажигания, имеющая кнопку включения зажигания. Штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой закреплен в стенке сосуда и расположен над контактами свечи зажигания. Штуцеры для продувки взрывного сосуда оснащены вентильными устройствами, блокирующими прорыв продуктов взрыва горючей смеси. В торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, устанавливается датчик давления, выход которого соединен с усилителем сигнала давления. Сигнал с усилителя поступает на компьютер, в котором осуществляется его запись и вывод сигнала давления на монитор компьютера. Достигается повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов. 6 ил.

Изобретение относится к области испытания материалов, к исследованиям поведения веществ при динамическом воздействии на них и может быть использовано в любой области техники, где необходимо знание, например, прочностных свойств перспективных конструкционных материалов, жидкостей, газов при динамических нагрузках. Сущность: образец исследуемого материала размещают внутри металлической оболочки, которую выполняют в форме кругового усеченного конуса, окруженного слоем взрывчатого вещества (ВВ), в котором инициируют детонацию, распространяющуюся в скользящем режиме по поверхности оболочки, обеспечивая продуктами взрыва ВВ ее перемещение с последующим динамическим нагружением образца, по поведению которого определяют свойства исследуемого материала. Формируют взрывную волну на поверхности инертных слоев, которыми окружают образец, обеспечивая при их прохождении трансформацию ударно-волнового импульса в квазиизэнтропический импульс, которым воздействуют на образец, осуществляя его динамическое нагружение. Толщину и материал инертных слоев подбирают исходя из условия обеспечения вдоль поверхности образца одновременности прихода импульса с требуемым для данного опыта распределением его интенсивности. Технический результат: расширение функциональных возможностей способа, обеспечивающего возможность как для рентгенографических исследований, так и для металлографии, кроме того, нет ограничений на агрегатное состояние исследуемого материала. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взрывозащиты технологического оборудования. Систему мониторинга с обработкой полученной информации об опасной зоне используют в испытательном боксе. Устанавливают макет взрывоопасного объекта, а по его внутреннему и внешнему периметрам устанавливают видеокамеры для видеонаблюдения за процессом развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте, которую моделируют посредством установки в макете взрывного осколочного элемента с инициатором взрыва, при этом видеокамеры выполняют во взрывозащитном исполнении. Выходы с видеокамер, через внутреннюю полость проставок, соединяют с блоком, посредством которого производят запись и регистрацию протекающих процессов изменения технологических параметров в макете. Регистрируют, посредством системы анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов, изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта. В потолочной части макета выполняют проем, который закрывают взрывозащитным элементом, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях, один конец каждого из которых жестко фиксируют в потолке макета, а на втором крепят горизонтальную перекладину. Между взрывным осколочным элементом и проемом устанавливают трехкоординатный датчик давления во взрывозащитном исполнении, выход которого соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры. По обе стороны от датчика давления располагают датчики температуры и влажности, контролирующие термовлажностный режим в макете, выходы которых также соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры. Внутренние и внешние поверхности ограждений макета обклеивают тензодатчиками, выходы которых также соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры. После обработки полученных экспериментальных данных формируют информационную базу данных о развитии чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте и составляют математическую модель, прогнозирующую предотвращение чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте. Технический результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх