Диссертация (1143855), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Выводы по главе 2На основе обзора литературы и численного моделирования разработанасхема испытания металлических образцов с макродефектом типа трещины. Приэтом достигаются скорости деформирования ~103-105 1/с. Показана возможностьснижения наведенных токов в образце за счет применения трёх шинного(квазикоаксиального) нагружающего устройства.903. Экспериментальное и численное исследование формирования импульсногодавления и влияния неоднородностей в токоведущих элементах на егопараметрыВ данной главе приводятся параметры экспериментальной установки ГИТ, сучетом которых рассчитываются параметры МИД (магнитное давление, ширинашин МИД, интеграл плотности тока). Показано влияние ширины МИД наформирование магнитного давления в экспериментальных размерах.
И проведенаоценка влияния дефектов МИД на формируемое магнитное давление.3.1. Экспериментальная установкаЭксперименты выполнены на установке ГИТ 50/12 [116], включающую всебя два параллельно включённых импульсных малоиндуктивных конденсаторатипа КМК-50-6, выполненной по схеме Рисунка 2.1 с параметрами:Запасаемая ёмкость Индуктивность Вкачествеਲ਼ਲ਼1쳌 нГн;разрядникамкф;использовалсямногоканальныйгазовыйразрядник [116].При помощи пояса Роговского измерялся разрядный ток.
Для калибровкипояса Роговского выполнен эксперимент короткого замыкания. При этомзарядное напряжение составляло 25 кВ. Измеренный период импульса по снятойосциллограмме составил T = 5.9 мкс.91Индуктивность можно оценить по выражению:ਲ਼(3.1)霐 ,ਲ਼Коэффициент затухания δ по снятой осциллограмме тока можно определитьиз отношения соседних амплитуд - A1= 85 В, A2= 55 В:Максимальный11токчерезнапряжениеопределяется выражением:Наосноверассчитанныхਲ਼1 ,耀ਲ਼параметрови(3.2)волновоесопротивление(3.3),разрядныйтокопределяетсявыражением:o1䁠ਲ਼,(3.4)Коэффициент трансформации измерительной цепи пояса Роговского можноопределитькакотношениемаксимальногозначениясигналаосциллографом Vosc к расчётному максимальному значению тока :䁠ਲ਼maxmaxܿ111 1снятого(3.5)На Рисунке 3.1 приведена осциллограмма тока с учетом коэффициентатрансформации䁠ਲ਼и рассчитанный ток i(t) по формуле (3.1).Рисунок 3.1. График зависимости разрядного тока от времени.92Из Рисунка 3.1 видно, что полученная осциллограмма тока довольнохорошо описывается выражение (3.1), за исключением начальной стадии разряда,что предположительно связано с особенностями срабатывания разрядника.3.2.
Магнитноимпульсный драйверВ экспериментах применялись двухшинные (простые) и трехшинные(квазикоаксиальные) магнитноимпульсные драйверы (МИД), выполненные измеди разной толщиныRи ширины ܿОт ширины шин МИД ܿRR.зависит величина магнитного давления Pm, приэтом сечение проводника должно быть достаточным для того чтобы критерийинтеграла плотности тока [117] не превышал значения перехода материал изтвёрдой фазы:<oܿ(3.6),RR(3.7)На Рисунке 3.2 приведены расчётные зависимости магнитного давления повыражению (1.42) и интеграла плотности от отношения протекающего тока кширине шин МИД.Из приведённых зависимостей (фиолетовый цвет точек) видно, что прииспользовании медных шин толщиной 0.3 мм интеграл тока не достигаетзначения перехода материала из твёрдой фазы, которое согласно [117] составляет8.9·1016 А2с/м4.
При этом, рассчитанное по формуле (1.47) максимальное давление93Рисунок 3.2. График зависимости магнитного давления и интеграла тока приразных толщинах МИД h от отношения амплитуды тока МИД Im к ширинеМИД cmpd.достигает значений ~1.5 ГПа, а среднее значение при форме экспериментальногоимпульса тока, с параметрами, приведёнными в пункте 3.1 достигают ~300 МПа.Такжевреальныхэкспериментахвыражение(1.47)можетнесоответствовать магнитному давлению при не выполнении условия существеннойбольшей ширины МИД по сравнению с расстоянием между шинами МИД, тогданеобходимо численное решение магнитного поля и расчет магнитного давления,пример такого расчёта для медного МИД приведён на Рисунке 3.3.Здесь для примера над МИД располагается медный и не проводящийобразец. Квазикоаксиальный (трёхшинный) МИД позволяет существенно снизитьуровень наведенных токов в образце.При изменении ширины МИД распределение магнитного поля изменяется,при этом изменяется отношение расчётного магнитного давления Pmmмагнитного давления Pm , рассчитанного по формуле (1.47).94ота)б)в)г)Рисунок 3.3 а) Схема трёхшиннного (квазикоаксиального) к-МИД и двухшинного(простого) п-МИД.
Результат численного расчёта магнитного поля МИД: б)простой МИД, проводящий образец; в) квазикоаксиальный МИД, проводящийобразец; г) простой МИД, не проводящий образец.На Рисунке 3.4 построен график зависимости этого отношения k p Pmm Pmот отношения ширины МИД cmpd к ширине образца hmpd =2 мм. Откуда видно, чтоувеличение отношения ширины МИД cmpd к величине зазора МИД hmpd =2 ммприводит к приближению моделируемых значений к рассчитанным по формуле(1.47).По результатам численного расчёта оценена индуктивность магнитныхсистем МИД-образец по выражениюэнергии,Lпр =4.2IL2WV'm dV- ток МИД.
Так при ширине МИДнГн, для квзикоаксиального МИД -I2cmpdLкк =1.595, гдеWm'- плотность магнитной=7.8 мм, для простого МИД -нГн.Рисунок 3.4 Графики зависимостей отношения расчётного численного магнитногодавления к давлению рассчитанному по формуле (1.47) от отношения шириныМИД cmpd к расстоянию между шинами МИД hmpd =2 мм. 1 –трёхшинный МИД; 2 –двухшинный МИД.
Сплошные линии соответствуют 2-х мерному расчёту;треугольниками отмечены расчётные точки для 3-х мерного расчёта.3.3. Развитие дефектов на краю проводника при пропускании импульсноготокаКак показано в первой главе магнитные систем в виде плоских ицилиндрическихтонкостенныхпроводникоммогутиспользоватьсядляформирования импульсного магнитного давления. В таких системах придостижениипредельныхтермонапряженийисилпластическихмагнитного96деформацииполяпоявляютсяподдействиеммикродефекты.Взаимодействие импульсного электрического тока с микродефектами можетприводить к их развитию. Дефекты в таких системах приводят к локальномуизменению формируемого магнитного давления.Для исследования развития дефектов на краях проводника в видемикротрещин, а так же оценки их влияния на магнитное давления импульсноготока проведены эксперименты и выполнены численные расчёты магнитного поляна примере тонкостенного соленоида и плоских шин.Если магнитное давление достаточно для преодоления предела упругостиматериала соленоида, то в нем будут наблюдаться остаточные деформации,соответствующие пластическому течению, см.
Рисунок 3.5а.Пропускание последующих импульсов тока так же может приводить кбольшим пластическим деформациям, что показана на Рисунке 3.5б, в, г.Рисунок 3.5. Пластические деформации тонкостенного соленоида в импульсноммагнитном поле при пропускании: а) 1-го импульса тока; б) 2-го импульса тока;в) 3-го импульса тока и г) 4-го импульса тока.97Данные расчёты выполнены при задании одинаковых импульсов тока снулевыми начальными условиями для каждого расчёта и с геометрии полученнойв результате предыдущего расчёта. Импульсный ток имеет вид:, с параметрамиexp =195.3 кА, =11.9 мкс, =14.9 мкс.sin Расчётные скорости деформирования составили ~5000 1/с.Материал соленоида - бронза с модулем упрочнения 0.46 ГПа [118]. Пределупругости в расчетах принят 500 МПа, что на 40% выше, представленного в [118],вследствие высокой скорости деформирования.Пропусканиепоследующихимпульсныхтоковможетпривестикнакоплению предельных пластических деформаций и вызвать разрушениематериала соленоида в виде появления микродефектов, что экспериментальнопоказано на Рисунке 3.6.Здесь после пропускания по соленоиду, выполненному из бронзовой лентысечением 25×0.25 мм, шести последующих импульсов тока в виде затухающейсинусоиды=11.9 мкс,sin , с параметрамиexp =195.3 кА,=14.9 мкс, наблюдается появление микродефектов.
Послепоследующих импульсов в вершинах микродефектов наблюдается плавлениематериала и появление новой микротрещины. Расчётная амплитуда магнитногополя в центре соленоида составляет ~8 Т, а на его краях ~18 Т.n=7n+4n+2n+3n+1Рисунок 3.6. Остаточные пластические деформации соленоида и разрушениепосле пропускания последующих n=7+4 импульсов тока.98Так же для исследования развития дефектов на краях проводника в видемикротрещин проведены эксперименты на лентах из бронзы с микротрещинами.При пропускании по ленте импульсного электрического тока от ГИТ-50/12в вершинах микротрещин расплавлялся материал, вследствие локальногоджоулево нагрева.
На Рисунке 3.7 представлены экспериментальные точки ифотографии расплавленных кратеров при пропускании тока видаo11耀11耀1䁠ਲ਼с,耀с,, с параметрами для 1 режима 111耀耀с, а для 2 режима -11А,1А,с. Аналогичное поведение материала в вершинахдефекта можно наблюдать в работах [119, 120], в которых так же имеет местоформирование кратера в вершине дефекта вследствие локального джоулеванагрева, расплавления и выброса расплавленного материала.Как видно из Рисунка 3.7, размер разрушения в режиме 1 существеннопревышает соответствующую характеристику при воздействии более коротким,но с большей амплитудой, импульса тока во 2-ом режиме.Рисунок 3.7. Вид вершины дефекта и его размер при 1 и 2 режимах нагружения(красные, круглые точки - режим 1; синие, треугольные - режим 2). Сплошныелинии 1, 2 - расчётные зависимости по модели «медленного» взрыва длярежимов 1 и 2 соответственно.99Врезультатечисленногорасчётаполученыграфикизависимостейсоздаваемого магнитного давления в окрестности трещин разной длины,см.
Рисунок 3.8. Моделирование выполнено в 3D постановке ленты, сечением25мм x 0.25 мм. При этом решалась связанная электромагнитная задача, приграничном условии на одном из концов ленты в виде терминала, в которомопределяется потенциал соответствующий протекающему току, который былзадан с параметрами для 1 режима из описанного эксперимента.Результатычисленногомоделированияпоказывают,чтовлияниемикротрещин на магнитное давление создаваемое плоскими шинами наблюдаетсяв области размером примерно соответствующем длине микротрещины.Рисунок 3.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
