Диссертация (1149351)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиЗАЙЧЕНКО Ольга КонстантиновнаДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕКОЛЬЦЕВЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВМАГНИТНО-ИМПУЛЬСНЫМ МЕТОДОМ01.02.04 – Механика деформируемого твердого телаДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукНаучный руководитель:Доктор физ.-мат. наук, профессорМорозов Виктор АлександровичСанкт-Петербург2017 г.2СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................... 4§1 Общая характеристика и структура диссертации ................................................
4§2 Магнитно-импульсные методы деформирования и разрушения12материалов при скоростных нагрузках .................................................................... 12Глава 1 Схема нагружения и деформирования тонких металлическихколец магнитно-импульсным методом...................................................................
21§1.1 Основные аспекты схемы нагружения и деформированияметаллических кольцевых образцов ........................................................................ 21§1.2 Электрическая схема квазистатического нагружения и деформированияметаллических кольцевых образцов магнитно-импульсным методом ................ 24§1.3 Первая электрическая схема динамического нагружения идеформирования тонких металлических кольцевых образцовмагнитно-импульсным методом ...............................................................................
27§1.4 Вторая электрическая схема динамического нагружения идеформирования тонких металлических кольцевых образцовмагнитно-импульсным методом ............................................................................... 30Глава 2 Аналитическое моделирование процессов электромагнитногонагружения и деформирования тонких металлических колец ......................... 32§2.1 Анализ уравнений, описывающих электромагнитные колебанияв связанных контурах катушки и кольца. Расчет тока в кольце ........................... 32§2.2 Расчет силы Ампера, действующей на кольцо ...............................................
35§2.3 Расчет окружного напряжения в кольцевом образце ..................................... 413§2.4 Расчет радиального и окружного напряжений тонких кольцевыхобразцов ..................................................................................................................... 47Глава 3 Экспериментальные методы измерения параметровэлектромагнитного нагружения, деформирования и разрушениятонких металлических колец ....................................................................................
55§3.1 Экспериментальные установки ........................................................................ 55§3.2 Методы измерения тока в катушке и кольце .................................................. 58§3.3 Метод измерения момента разрушения кольца ..............................................
64§3.4 Измерение радиального давления на кольцо и определениеокружного напряжения, деформации и ее скорости .............................................. 66§3.5 Сравнение экспериментальных и расчетных данных .................................... 75ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...........................................................................................................
83СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................................... 854ВВЕДЕНИЕ§1 Общая характеристика и структура диссертацииИсследование механизмов деформации и разрушения твердых тел играетключевую роль в различных областях научного знания, техники, геофизических идругих приложений. Наряду с этим многие экспериментальные исследования подинамическому нагружению сплошных сред выявили, что между поведениемсреды при «быстром» динамическом нагружении и при аналогичном более «медленном» квазистатическом нагружении существуют принципиальные отличия.Вследствие этого для определения прочностных характеристик материалов поддействием динамических нагрузок необходимо исследовать взаимосвязь междудлительностью, амплитудой и скоростью роста прикладываемой нагрузки и предельными силовыми параметрами, приводящими к разрушению. В статическомслучае критические значения прочностных параметров являются постояннымидля исследуемого материала и условий эксперимента.
В то время как критическиехарактеристики разрушения, наблюдаемые в эксперименте в случае динамического нагружения, нестабильны и ведут себя достаточно непредсказуемо.Активное развитие технологий влечет за собой появление реальных задач,связанных с деформированием различных материалов. Для их решения необходимо создать методы моделирования нагружений, которые позволят оценить параметры подобных процессов.5Одним из актуальных направлений является применение и исследованиеэлектромагнитных методов высокоскоростного нагружения материалов.В настоящей работе с помощью данных методов рассматриваются процессыдеформирования твердых тел при кратковременном нагружении на примере металлических колец.
В качестве образцов используются тонкие металлическиекольца, изготовленные из меди и алюминия.Такого рода методы при относительно низком энергопотреблении обеспечивают высокую производительность. В связи с этим они используются для реализации высокоскоростных нагрузок в лабораторных условиях. Исследование деформационных характеристик материала проводится в широком диапазоне скоростей деформации. Для этого были реализованы три модификации магнитноимпульсного метода. Сила, вызывающая деформацию, определяется электродинамическими параметрами системы, что дает возможность нахождения деформационных характеристик материала.Основное внимание в настоящей диссертации уделяется определениюокружного напряжения в испытуемых образцах.
Для определения окружногонапряжения обычно используется формула Лапласа. В работе будет показано, чтодля высокоскоростного нагружения этот подход уже не отображает реальныйпроцесс.Тепловые процессы в настоящей диссертации не рассматриваются.Актуальность. Экспериментальные исследования, проводимые в последнеевремя, показывают, что в поведении материала при квазистатических и динамических нагрузках имеют место значительные различия.
Ввиду этого исследованиеподобных отличий является актуальной задачей современной механики.Активное развитие технологий в настоящее время диктует высочайшие требования к прогнозированию поведения материала в быстроизменяющихся процессах. Вследствие чего описание прочностных характеристик материала в экстремальных условиях имеет большое значение в современной инженерной практике.6Магнитно-импульсные методы открывают исключительные перспективы висследованиях.
Наряду с очевидными преимуществами, связанными с низкимэнергопотреблением и высокой производительностью, такие методы отличаютсяэкономичным расходом сырья и экологической чистотой, что отвечает современным требованиям к экспериментальным исследованиям.Целью работы является исследование разработанных электромагнитныхметодов и их применение для нагружения, деформирования и разрушения тонкихметаллических колец.Достоверность результатов определяется использованием в работе известных физических принципов, качественным сравнением с альтернативными исследованиями, сопоставлением результатов, полученных с помощью математического аппарата электродинамики и теории упругости, с результатами экспериментальных исследований, проводимых с помощью устройств и измерительныхсредств, прошедших соответствующую проверку.Научная новизна работы.
В представленной диссертации полечены следующие основные результаты:1. Апробирован магнитно-импульсный метод деформирования и разрушения металлических кольцевых образцов при временах нагружения болеекоротких в сравнении с известными.2. Предложен новый оригинальный метод регистрации момента разрушенияобразца.3. Определена электромагнитная сила, действующая на образец, с учетомвлияния всех витков катушки индуктивности.4. Определено поведение функции окружного напряжения от времени привысокоскоростных нагрузках.75. Разработан пьезоэлектрический датчик, при помощи которого измереныпрофили радиального давления, действующего на металлические образцы.Научная и практическая ценность.
С помощью предложенных методовможно определить время разрушения образцов, рассчитать и измерить окружноенапряжение в образце и скорость деформации в широком диапазоне высокоскоростного нагружения.Положения, выносимые на защиту:1. Апробация магнитно-импульсного метода деформирования и разрушениятонких металлических колец при временах нагружения более коротких посравнению с известными.2. Определение электромагнитной силы, действующей на образец.3. Нахождение окружного напряжения и скорости деформации в тонких металлических кольцах при высокоскоростных нагрузках и их расчет.4. Измерение окружного напряжения в тонких металлических кольцах с помощью пьезодатчика и сравнение измеренных характеристик с расчетными.5.
Расчет и измерение токов в металлических кольцах при высокоскоростном электромагнитном нагружении.6. Метод регистрации времени момента разрушения кольцевых образцов.Апробация результатов. Результаты, описанные в данной диссертационной работе, были представлены на следующих международных конференциях:1. 13th International Conference on Fracture (ICF13).
2013. Beijing, China;2. Международная конференция по механике «XXI Петербургские чтенияпо проблемам прочности. К 100-летию со дня рождения Л.М. Качанова иЮ.Н. Работнова» (Санкт-Петербург, 2014 г.);83. Международная конференция по механике «Седьмые Поляховские чтения» (Санкт-Петербург, 2015 г.);4. XXVI Международная конференция «Математическое и компьютерноемоделирование в механике деформируемых сред и конструкций» (СанктПетербург, 2015 г.);5. Международная конференция по механике «XXI Петербургские чтенияпо проблемам прочности. К 110-летию со дня рождения академика С.Н.Журкова и 85-летию со дня рождения профессора В.А.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
