Диссертация (1149351), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Измеренные значения радиальный давлений, окружных напряжений и скоростейдеформации.№опытаДлительностьвременного интервала ∆, мксРадиальное дав-Окружное напря-Скорость дефор-ление ∆, МПажение ∆, ГПамации ̇ , с-1Al, T=7 мкс11,50,170,150,78·10420,750,170,161,63·10430,50,170,162,42·104Cu, T=7 мкс11,50,560,520,9·10421,750,410,380,57·10431,51,11,041,82·104Al, T=1 мкс11,00,510,470,36·10521,50,410,380,19·10531,00,10,090,7·104Cu, T=1 мкс11,50,30,280,5·104220,510,470,6·10431,750,710,661,0·104При кратковременном импульсном деформировании (рис.
40) экспериментыпроводились с кольцами из конденсаторной алюминиевой фольги (ГОСТ 2590582) толщиной 15 мкм по схеме нагружения, представленной на рис. 9. Скоростьдеформации в кольце находилась в диапазоне от 106 до 107 −1 .75§3.5 Сравнение экспериментальных и расчетных данныхПредложенные в данной главе экспериментальные методы измерений могутслужить проверкой построенных в Главе 2 математических моделей.Ток в катушке индуктивности, измеряется с помощью пояса Роговского.Рассчитать ток в катушке, можно благодаря выражению (2.4), полученному из системы уравнений, описывающих электромагнитные колебания тока.В качестве примера для сравнения расчетных и экспериментальных данныхрассмотрим случай деформирования медного кольцевого образца шириной 1ммпри нагружении согласно динамической схеме, представленной на рис.
8.На рис. 47 представлена осциллограмма тока в катушке индуктивности дляслучая нагружения металлического кольца, изготовленного из меди, при напряжении заряженного конденсатора U=16 кВ в сравнении с расчетной.Рис. 47. Осциллограмма тока в соленоиде (2) в сравнении с расчётной кривой (1).Для измерения тока в металлическом кольце было предложено два метода,описанных в §3.1. Рассчитать ток в кольцевом образце можно с помощью выра-76жения (2.5).
На рис. 48 приведена осциллограмма тока в кольце в сравнении срасчетной кривой для случая деформирования медного кольца.Рис. 48. Осциллограмма тока в медном кольце (2) в сравнении с расчетной кривой (1).Из приведенных рисунков 47, 48 видно, что выражения (2.4) и (2.5) способны приемлемо аппроксимировать реальные токи, протекающие как по виткам катушки, так и по металлическому образцу.Для расчета напряжения, возникающего в кольцевом образце, было выведено дифференциальное уравнение (2.23), решение которого проводилось численнометодом Рунге-Кутты четвертого порядка. В результате чего удалось получитьфункции окружного напряжения во времени.
Измерение окружного напряженияпроводилось с помощью специально разработанного пьезодатчика, как показано впараграфе 3.3. На рис. 49 в качестве примера приведены расчетные и экспериментальные профили окружного напряжения для случая деформирования алюминиевого кольцевого образца при гармоническом нагружении с периодом тока в соленоиде = 7,5 мкс.77Рис. 49. Профили окружного напряжения () в алюминиевом образце,(1) – расчётный, (2) – экспериментальный.Из приведенного рисунка видно, что аналитическая функция напряженияотражает поведение функции, полученной экспериментальным путем.С помощью предложенного экспериментального метода измерения времениразрушения, представленного в параграфе 3.3, можно оценить значение напряжения в момент разрыва образца. И, следовательно, определить расхождение значений окружного напряжения, полученных экспериментально и вычисленных согласно приведенным выражениям.На рис.
50 представлены расчетный и экспериментальный графики зависимости окружного напряжения от времени () для случая деформирования металлического кольцевого образца из меди шириной 3,2 мм при квазистатическомнагружении, описанном в §1.2.78Рис. 50. Графики зависимости окружного напряжения () в медном образцепри периоде тока в соленоиде T=7,5 мкс, (1) – расчётный, (2) – экспериментальный. − момент разрушения образца; 1 − значение напряжения в момент разрушения,рассчитанное согласно выражению (2.23); 2 − значение напряжения в момент разрушенияобразца, измеренное в эксперименте.Разрушение образца произошло при = 4 мкс.
Вычисленное из уравнения(2.23) значение напряжения 1 = 530 МПа, а полученное с помощью эксперимента значение 2 = 440 МПа.На рис. 51 приведены расчетные и экспериментальные профили окружногонапряжения в случае деформирования медного кольцевого образца шириной 1 мми толщиной 15 мкм при динамическом нагружении согласно схеме, описанной в§1.3.79Рис.
51. Профили окружного напряжения () в медном образце при периоде тока всоленоиде T=1 мкс, (1)– расчётный, (2) – эмпирический.При более коротком периоде колебаний тока в катушке индуктивности разрушение металлического кольца произошло при = 4,7 мкс. Рассчитанное попредложенной модели значение напряжения 1 = 650 МПа, в то время как экспериментальное значение 2 = 580 МПа.На рис. 52 представлены расчетные и экспериментальные профили окружного напряжения в алюминиевом кольцевом образце.
Нагружение в этом случаебыло реализовано с помощью схемы, описанной в §1.2. Ширина испытуемого образца 2 мм, толщина 15 мкм.80Рис. 52. График зависимости окружного напряжения () в алюминиевом образце при периодетока в соленоиде T=7,5 мкс, (1) – расчётный, (2) – экспериментальный.На рис. 52 разрушение произошло при = 4,5 мкс. Рассчитанное по предложенной модели значение окружного напряжения разрушения 1 = 206 МПа, вто время как экспериментальное значение 2 = 160 МПа.На рис.
53 приведены расчетные и экспериментальные профили окружногонапряжения в кольцевом образце из алюминия шириной 2 мм. Деформированиеосуществлялось с помощью динамической схемы нагружения, представленной нарис. 8.81Рис. 53. Графики зависимости окружного напряжения () в алюминиевом образце припериоде тока в соленоиде T=1 мкс, (1) – расчётный, (2) – экспериментальный.На рис. 53 время разрушения образца = 2,5 мкс. Рассчитанное по предложенной модели значение напряжения 1 = 230 МПа, в то время как экспериментальное значение 2 = 240 МПа.По результатам проведенных экспериментов можно сделать следующие выводы:1. Инерция кольца при высокоскоростном деформировании в условиях гармонического нагружения существенно сглаживает колебания напряжений в кольце.2.
В случае динамической схемы нагружения (рис. 7) как минимум на порядок возрастает скорость деформации и из-за проявления инерционности материала окружное напряжение становится импульсным, а при коротком импульсномнагружении (рис. 9) скорость деформации увеличивается еще на порядок или двапорядка.823. При высокоскоростном импульсном нагружении кольцевых образцов ихразрушение происходит не только на фронте импульса, но и на его спаде.4.
Разработанный метод фоторегистрации момента разрушения образца даетвозможность оценить отклик материала на скоростное воздействие.5. Растягивающие напряжения разрыва для алюминиевых колец существенно меньше, чем для медных (см. таблицы 3.1 и 3.2).6. Изменения во времени токов в катушке и кольце не всегда могут находиться в противофазе. В общем случае между ними существует сдвиг по фазе. Всвязи с этим, силу () необходимо определять не по выражению (2.6), а по экспериментально измеренным токам катушки и кольца с учетом их фазового сдвига.7. Полученные экспериментальные данные позволяют оценить деформационные и прочностные характеристики материалов в широком диапазоне изменения энергетических параметров и скоростей деформаций.83ЗАКЛЮЧЕНИЕВ настоящей диссертации рассматриваются магнитно-импульсные методынагружения, деформирования и разрушения металлических кольцевых образцов.Представлены и апробированы три метода нагружения медных и алюминиевыхколец в виде тонких лент: квазистатический, реализующий синусоидальнуюнагрузку с периодом колебаний тока T=7,5 мкс, динамический, обеспечивающийсинусоидальную нагрузку с периодом колебаний электрического тока Т=1 мкс,динамический, реализующий импульсное нагружение с периодом Т=80 нс.В работе проведен анализ электромагнитных колебаний, возникающих всвязанных контурах соленоида и металлического кольцевого образца, которыйпозволил вывести выражение для определения силы тока в соленоиде и образце.Предложен метод определения радиальной силы и радиального давления на внутреннюю поверхность кольцевого образца, а также метод определения функцииокружного напряжения при деформации и разрушении металлических колец.В данной диссертационной работе предложен разработанный метод фоторегистрации момента разрушения металлических колец.
С помощью этого методабыло выявлено, что при высокоскоростном импульсном нагружении кольцевыхобразцов их разрушение происходит не только на фронте импульса, но и на егоспаде.Для исследования токов в связанных контурах катушки индуктивности иметаллическом кольце были разработаны и реализованы два экспериментальныхметода измерения тока в кольцевом образце. Полученные благодаря этим методамэкспериментальные данные позволили оценить соответствие предложенной мате-84матической модели определения тока в металлическом кольце реальному току вобразце.В представленной диссертации описан экспериментальный метод измерения профилей давления на металлические кольцевые образцы, по которым определялись растягивающие окружные напряжения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
