Диссертация (1143855), страница 15
Текст из файла (страница 15)
На Рисунке 4.6 построен график зависимости этого отношенияk p Pmm Pm от ширины драйвера cmpd .Экспериментальная система приведена на Рисунке 4.7а.Для нагружения образцов применялся двухшинный (простой) МИД столщиной шин hmpd=0.3 мм и полиэтиленовой изоляцией между ними, см.Рисунок 4.7б. Для усиления передаваемого давления от МИД на образец, междуРисунок 4.5.
Чертёж образцов из углепластика109Рисунок 4.6. Зависимость поправочного коэффициента магнитного давления отширины драйвера.ними устанавливалась стальная вставка, толщиной hi=1 мм, шириной ci=9 мм идлиной li=50 мм. Эксперимент произведён на 10 образцах. Осциллограммы токовМИД приведены на Рисунке 4.8.Рисунок 4.7. а) Собранная система перед экспериментом; б) МИД после одного изэкспериментов.110Рисунок 4.8. Осциллограммы токов МИД.По амплитудам экспериментальных токов и расчётного коэффициентамагнитного давления k pрассчитана амплитуда магнитного давления.
Длякаждого экспериментального образца получено значение длины образовавшегосядефекта в вершине паза. Полученные данные представлены в таблице 4.4.Типичные фотографии вершин паза экспериментальных образцов приведены втаблице 4.5.Таблица 4.4. Экспериментальные данные по образцам из углепластика.Коэф. АмплитудаАмплиШирина магн.магнитногоОбразец тудаМИД давленияСтепень разрушения№тока,давления,мм k , отн.
ед.кАМПаp127530.50.83842.8нет разрушения226020.80.80579.0нет разрушения329013.850.751206.9полное разрушение425818.70.79294.8повреждение длиной 0.5 мм524016.00.772109.1повреждение длиной 3 мм631014.550.759216.3полное разрушение722714.350.756118.9повреждение длиной 9.5 мм822515.00.763107.9повреждение длиной 3.5 мм931014.90.762207.3полное разрушение1023015.20.765110.0повреждение длиной 10 мм111Таблица 4.5 Типичные фотографии экспериментальных образцов.Образедо испытанияпосле испытанияц№28573112На основе полученных данных построена зависимость длины дефекта отамплитуды магнитного давлена МИД, см. Рисунок 4.9.При помощи программы Autodyn выполнено численное моделированиемеханического поля в исследуемых образцах с использованием упругогоматериала с модулем Юнга, согласно п.
4.1.2 E=39.3 ГПа, коэффициентомПуассона =0.3 и стальной вставки с приложением экспериментального давленияс амплитудой ~95 МПа, которое соответствует критическому прикладываемомудавлению к берегам исследуемых образцов до появления дефектов в вершине паза.Данное численное моделирование показало существенно большие значениядостигаемых в образце напряжений в динамическом режиме по сравнению состатическим растяжением, см. Рисунок 4.10.Так давление достигает значения d ~2400 МПа, что соответствует энергиидеформированияWd d2 73.32EМДж/м3.
Нужно отметить, что моделированиевыполнено при изотропном модуле упругости E=39.3 ГПа. Для уточнениядинамических предела прочности и предельной энергии деформированиянеобходимо измерить при статическом нагружении модуль упругости поразличным направлениям и выполнить моделирование с анизотропным модулемупругости.Рисунок 4.9. Зависимость длины дефекта от приложенногомагнитного давления.113Рисунок 4.10. Графики расчетных зависимостей механического напряжения ввершине паза при приложении критического экспериментального давления.4.2. Исследование медных образцовОбразцы для тестирования магнитноимпульсным способом материалов смакродефектом типа трещины по схеме Рисунка 2.1а выполнены из меди маркиМ1, с типовыми размерами, представленными в таблице 4.6.Образцы выполнены электроэрозионным способом и имеют следующиемеханические свойства, соответствующие меди марки М1: модуль упругости 110 ГПа; коэффициент Пуассона - 0.35; плотность - 8900 кг/м3.Во всех образцах, кроме Iа, выполнены отверстия диаметром d дляснижения неоднородности распределения напряжений в вершине паза иувеличению деформируемости образцов.
В образцах IIв и IIг выполненыдополнительные пазы для параллельного тестирования поведения материалаобразцов при изгибе с распределенной нагрузкой.114Таблица 4.6 Типовые размеры экспериментальных образцов.Геометрич ТипГеометричВид образцаескиеобраВид образцаескиепараметры зцапараметрыТипобразца耀= =3 см;ܿ=3 мм;=15 мм;h=2 мм.IаIIббез прекрэкабез прекрэка耀= =3 см;ܿ=3 мм;=15 мм;=2 мм;=1.1 см.Iббез прекрэка耀= =3 см;ܿ=2 мм;=16.5 мм;=3 мм;=1.1 см;=0.4 мм.IIас прекрэком耀= =3 см;ܿ=2 мм;=16.5 мм;=3 мм;=1.1 см.без прекрэка耀= =3 см;ܿ=2 мм;=16.5 мм;=3 мм;=1.1 см;=12 мм;с прекрэком耀= =3 см;ܿ=2 мм;=16.5 мм;=3 мм;=1.1 см;=12 мм;=0.4 мм.IIвIIгЗдесь 耀 , , ܿ –длина, ширина и высота образца соответственно;паза до вершины;дополнительных пазов;– высота паза;ܿ– диаметр отверстия;– длина– длина– диаметр прекрэка.В образцах IIа и IIг в вершинах паза выполнены прорезы (прекрэк),диаметромܿhcr=0.4 мм, как показано на Рисунке 4.11а.
На образцах IIб ввершине паза нанесена квадратная сетка с шагом 0.1 мм при помощи лазера, длярегистрации деформирования, см. Рисунок 4.11б.На Рисунке 4.12 приведён пример собранной экспериментальной системыдля испытания медных образцов. В данном примере установлены два медныхобразца на трёх шинном медном драйвере при пропускании по одному изобразцов дополнительного тока через добавочную индуктивность, данныйэксперимент подробнее описывается в п.
4.2.4.115а)б)Рисунок 4.11 Фотография в вершине паза прекрэка на образцах IIа (а) и сетки наобразцах IIб (б).Рисунок 4.12 Пример собранной экспериментальной системы для испытаниямедных образцов.1164.2.1. Отладочные эксперименты с применением двухшинных и трёхшинныхМИДСначала эксперимент был проведён на образцах Iб с применениемдвухшинного (простого) МИД, результаты одного из экспериментов приведенына Рисунке 4.13. При заряде ГИТ до 30 кВ и последующем его разрядесформировался импульсный ток с амплитудой 360 кА в простом МИД в видезатухающей синусоиды с отношением соседних амплитуд ~0.6 и периодом ~5 мкс.Рисунок 4.13.
Сравнение экспериментальных данных и данных моделирования. а)образец до нагружения; б) образец после нагружения;c) результат моделирования- первое принципиальное напряжения в момент времени 75 мкс. h, he, hm - высотыпаза до нагружения, после нагружения и расчётная соответственно;отверстия.117- диаметрСоответствующая данному току амплитуда давления, рассчитываемая повыражению (1.46) составила ~0.7 ГПа при ширине драйвера 11 мм.На Рисунке 4.13 представлен образец до и после испытания, а так жерезультат моделирования в программе autodyn. В результате экспериментараскрытие паза составило he=2.8 мм, а расчётное значение составило hm=3.6 мм.Максимальная расчётная в процессе деформирования скорость достигаетзначений ~13000 1/с.
Несовпадение эксперимента с расчетом связано снеточностью пересчёта импульса тока в давление по выражению (1.46) так какзазор между шинами МИД сопоставим с шириной МИД, в то время как даннаяформула (1.46) применима для расстояния между шинами существенно меньшеих ширины.В реальной конфигурации эксперимента магнитное давление значительноменьше рассчитанного по выражению (1.46). В последующих экспериментахрасчет магнитного давления выполнен на основе численного моделированиямагнитногополя.Данныйжеэкспериментподтвердилприменимостьтестирования образцов с подобными размерами на установке ГИТ- 50/12.Затем выполнен эксперимент на образцах с дополнительными пазами.Результат эксперимента на образце II-г представлен на Рисунке 4.14.При зарядном напряжении 23.75 кВ, ГИТ формирует в простом МИДшириной 5 мм импульсный электрический ток с амплитудой 264 кА.Соответствующее данному току амплитуда импульса давления, котораяприкладывался к берегам паза образца составляет с учетом реальной геометрииМИД-образец ~456 МПа.
В результате произошло деформирование образца сразрушением, см. Рисунок 4.14б. Как и ожидалось в соответствии с результатамимоделирования зона наибольших пластических течений локализуется в вершинепаза.Параллельно с пластическим течением в вершине паза, в данных образцахреализуется режим деформирования дополнительных пазов с приложениемраспределенной нагрузки.
Тем самым помимо растяжения материала в вершине118Рисунок 4.14 Экспериментальный образец IIг: a) до испытания; b) послеиспытания.основного паза можно анализировать режим деформирования части образца,закреплённой в двух точках и равномерно нагружаемой.С применением трёхшинного (квазикоаксиального) МИД сначала былвыполнен отладочный эксперимент на образце Iб, с шириной МИД 6мм.
Дальшесерия отладочных экспериментов проводилась на образцах типа IIб, подобныхобразцу Iб. В этих экспериментах применялся квазикоаксиальный МИД,различной ширины: 4.75 - 9.05 мм. При ширине МИД 9.05 мм, коэффициентмагнитного давления МИД km составляет 0.86, амплитуда магнитного давления109 МПа и раскрытие паза составляет порядка 2%.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
