Диссертация (1143855), страница 14
Текст из файла (страница 14)
а) Распределение плотности тока в окрестности трещины в моментмаксимума тока и графики зависимостей относительного магнитного давления отрасстояния от трещины отнесённого к длине трещин - б, в. lcr - длина трещины, x,z - направления от вершины трещины, P0 - давление в середине плоских шин.1003.4.
Выводы по главе 3Показана возможность формирования затухающего импульса давления самплитудой до ~500 МПа, при длительности первой полуволны ~4 мкс. При этомпри изменении ширины МИД или зарядного напряжения ГИТ возможноуправлять амплитудой при сохранении формы импульса.Показано что влияние дефектов МИД на формируемое магнитное давлениепроявляется на расстоянии от дефекта примерно соответствующем его длине.1014. Экспериментальное исследование проводящих образцов при импульсномнагружении, создаваемом магнитноимпульсным способомВ настоящей главе проводится экспериментальное исследование образцовиз углепластика с макродефектом типа трещин магнитноимпульсным способом.Такжепроводитсяэкспериментальноеисследованиемедныхобразцовмагнитноимпульсным способом с применением двухшинных и трёхшинных МИД.Оценивается нагрев образцов и величины силы Лоренца в образце под действиемнаведенныхтоковотМИД.Экспериментальноопределяетсявлияниеимпульсного тока на конечную деформацию экспериментальных образцов вусловиях наведенных токов и при воздействии от внешнего источника тока.4.1.
Исследование углепластика4.1.1.Структура углепластикаУглепластиковыепереплетённыхнитейматериалывыполняютсяуглеродноговолокна,изнесколькихрасположенныхвслоевматрицеполимерных (например эпоксидных) смол, пример структуры углепластикового102материала с характерными размерами, толщиной 2.5 мм, включающего 4 слояуглеродного волокна, приведён на Рисунке 4.1.Вследствие композитной структуры, свойства углепластикового образцаанизотропныпонаправлениям.Вдольуглеродныхволоконстатическиемеханические свойства, такие как модуль Юнга и предел прочности существенновыше, чем поперек.
В динамическом режиме нагружения, данные свойства могутотличаться от статических значений. В данной работе показана возможностьопределениядинамическихсвойствуглепластикаприпомощимагнитноимпульсного способа в микросекундном диапазоне длительностей.Рисунок 4.1. Типовая структура углепластика.4.1.2.Испытание на статическое растяжение углепластиковых образцов собработкой в импульсном магнитном полеДля исследования механических свойств углепластика при статическомнагружении и влияния импульсного магнитного поля на механические свойства103были выполнены 6 образцов, с геометрическими размерами в соответствии сРисунком 4.2: a=150 мм, b=21.5 мм, c=1.2 мм.Рисунок 4.2.
Геометрические размеры образцов.Три образца подвергли обработке импульсным магнитным полем, приразмещении их между двумя плоским параллельным шинам, по которым былпропущенный импульсный электрический ток, см. Рисунок 4.3.Протекающий по шинам ток измерялся при помощи пояса Роговского,расположенного в разрядной цепи, осциллограмма тока приведена на Рисунке 4.4.Для случая, когда ширина плоских параллельных шин существенно большерасстояния между ними, магнитное поле может быть оценено по выражению: h 14.8 ТB H I(4.1)где I=235 кА - амплитуда тока, протекающего по шинам, h=20 мм -ширина шин.Рисунок 4.3.
Фотография магнитной системы для обработки образцовимпульсным магнитным полем.104Рисунок 4.4. Осциллограмма тока, протекающего по плоским шинам.С учетом того, что ширина шин несущественно больше расстояния междуними для оценки реального магнитного поля при помощи компьютерногомоделирования получен коэффициентkm 0.81отражающий отношениемагнитное поле в экспериментальных к полученному по формуле (4.1). Такимобразом амплитуда магнитного поля с учетом коэффициента Bm km B 12 Т.На растяжной машине Zwick/Roell Z100 были проведены механическиеиспытания 6 образцов, три из которых предварительно обработаны в импульсноммагнитном поле и три не обработаны. Скорость испытания 1 мм/мин.Температура испытания 25 °С. Результаты испытаний на статическое растяжениеуглепластика в направлении под углом 45° к направлению волокон приведены втаблице 4.1.Как видно по данным результатам предварительная обработка импульсныммагнитным полем перед испытаниями образцов не повлияла на их механическиесвойства.Таблица 4.1.
Результаты испытания механических свойств образцов.Образец№1№2№3№4№5№6Обработка вмагн. поледанетданетданетМодуль ЮнгаГПа383840363648105Предел прочностиМПа545563576574572553Средние значения модуля упругости E=39.3 ГПа и предела прочности с =563 МПа при растяжении материала в направлении под углом 45° кнаправлению волокон. При этом предельная потенциальная энергия запасаемая вобразце до его разрушения при статическом растяжении составляет:Wс с2 2 E 4 МДж/м3.(4.2)4.1.3.Динамические испытания углепластиковых образцов с макродефектомтипа трещины магнитноимпульсным способом4.1.3.1.
Отладочные экспериментыС целью определения возможности динамического испытания углепластикамагнитноимпульсным способом проведён эксперимент на листовом углепластикес макродефектом типа трещины с прекрэком. Для более эффективной передачидавления МИД на образцы возможно применение дополнительных малодеформируемых накладок на МИД с целью кумуляции давления на образец.Образцы выполнены из композитного материала на основе углеволокна исвязующего компаунда, толщина листа 1,3 мм, размер образца 120х120 мм, длинапаза - 6.16 см, высота паза - 3.2 мм, длина прекрэка - 3.5 мм, высота прекрэка -1мм.106В ходе экспериментов проводилось воздействие импульсным механическимдавлением, приложенным равномерно к берегам трещины образцов, создаваемыммагнитноимпульсным драйвером, при пропускании по шинам двухшинного(простого) МИД тока в виде затухающей синусоиды с амплитудами ~297.15 кА и~ 277.5 кА, периодом ~ 7 µс и отношением соседних амплитуд ~ 1.72 и ~1.67.Соответствующее данным токам магнитные давления определялось согласнопункту 2.1, по формуле (1.46) с учетом коэффициента, который отражает невыполнение условие - ширины МИД существенно больше расстояния междушинами МИД, как описывалось в п.
3.2.Амплитуды давления составляют ~0.295 ГПа и ~0.246 ГПа соответственно.При амплитуде давления ~0.295 ГПа давление от МИД непосредственнопередавалась на образцы. А при амплитуде ~0.246 ГПа между МИД и образцомустанавливались стальные пластины такой же ширины, как шины МИД, чтоприводило к кумуляции давления в соответствии с отношением ширины МИД кширине образца, что в данных экспериментах составило значение равное 8.
Такимобразом давление при применении стальных пластин передаваемое на образецсоставило ~1.97 ГПа.Результаты экспериментов приведены в таблицах 4.2 и 4.3.Таблица 4.2 Результаты экспериментов на образцах из углепластика.1.12.1Амплитудатока,кА297.5297.53.1297.510.250.2954.12.2297.5277.510.2510.350.2951.97Образец№ШиринаМИДммАмплитудадавления,ГПа10.2510.250.2950.295Степень разрушенияНе сильное расслоение волоконНе наблюдаетсяНаблюдается разрушение ввиде начинающейся из зоныпрекрэка трещиныНе наблюдаетсяРазрушение образца107Таблица 4.3 Фотографии экспериментальных образцов из углепластика.Образец №до испытанияпосле испытания2.12.2Как видно из результатов экспериментов при приложении импульсногомагнитного давления с амплитудой ~295 МПа разрушения образцов углепластикане наблюдается.
Применение стальной вставки между МИД и образцомсущественно увеличило передаваемое на образец давление, которое составило~1.97ГПа,чтопривелокразрушениюобразцов.Такимобразоммагнитноимпульсный способ тестирования углепластика с макродефектом типатрещин позволяет нагружать и исследовать поведение материала до его полногоразрушения.1084.1.3.2. Серия экспериментов с применением двухшинного МИД и стальнойвставкиДляисследованиявыполненыобразцы,толщинойс=1.2мм,смакродефектом типа трещины, вид которых приведён на Рисунке 4.5, с размерами:a=b=100 мм, l=50 мм, h=4 мм, lcr=4 мм, hcr=2 мм.При изменении ширины МИД распределение магнитного поля изменяется,при этом изменяется отношение численно рассчитываемого магнитного давленияв геометрии эксперимента Pmm к магнитному давлению Pm , рассчитанному поформуле (1.46).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
