Импульсных напряжений

37. Райнхарт Дж. С., Пирсон Дж. Поведение металлов при импульсных нагрузках. М., 1958.

увеличения скорости деформации достигается при степени деформации 10—20%. При этом резко снижается пластичность. Вязкие материалы, которые с понижением температуры становятся хрупкими, ведут себя так же при переходе от статической нагрузки к импульсной. Очевидно, материалы, хрупкие при статических нагрузках, остаются хрупкими и при импульсных нагрузках. Хрупкое разрушение развивается с очень большой скоростью, а вязкое — с очень маленькой. Д. С. Райнхарт и другие считают, что вязкое разрушение происходит под действием касательных" напряжений, а хрупкое — под действием нормальных.

При сложном напряженном состоянии материала связь напряжений и деформаций в теории пластичности определяется связью эквивалентных напряжений и деформаций — их интен-сивностей. Такой подход используется и при высокоскоростной деформации. Действие интенсивных упруго-пластических и ударных волн характеризуется включением дополнительного параметра — высокого уровня среднего напряжения, которое может оказать влияние на кривую связи интенсивностей напряжений и деформаций. В связи с этим экспериментальное определение влияния величины гидростатического давления на кривую деформирования является необходимым для построения уравнения состояния материала, описывающего его упруго-пластическое деформирование при импульсных нагрузках типа удара и взрыва.

Сложность анализа волновой картины в композитных материалах, в отличие от гомогенных, заключается в том, что на границе сцепления слоев при прохождении ударных волн появляются отражения, обусловленные различной динамической жесткостью pD материалов, из которых состоит исследуемый образец [121] (р — плотность, D — скорость распространения ударной волны). В связи с этим возникает вопрос о выборе схемы нагружения, удобной для анализа и расчета. С этой целью были проведены испытания на прочность сцепления при импульсных нагрузках слоев биметаллических материалов.

221. Райнхарт Дж., Пирсон Дж. Поведение металлов при импульсных нагрузках.— М. : Изд-во иностр. лит., 1958.—-296 с.

рушение от импульсных напряжений другого знака, чем сообщенные приложенной внешней импульсной нагрузкой, наблюдается также при быстром снятии весьма высоких импульсных нагрузок. Так, свинцовый шар, подвергнутый всестороннему сжатию давлением около ста тысяч am, после быстрого снятия (в течение неск. микросекунд) давления начинает расширяться, при расширении упругая энергия, накопленная при сжатии, переходит в кинетическую энергию. К моменту возвращения к начальным размерам развивается высокая скорость перемещения, инерция перемещающихся частиц оказывается значительно выше их прочностных связей, и шар разрушается от нормальных растягивающих напряжений. Импульсные нагрузки создают также весьма высокие напряжения, достигающие 105 кг/см2. Деформация при нормальных напряжениях 105 кг/см2 имеет существенные особенности. Незначительная степень деформации при таких нагрузках, напр. характеризуемая степенью обжатия 5%, может приводить к упрочнению, обусловливаемому при статическом приложении нагрузки степенью деформации на порядок величины больше (50%). Это объясняется тем, что при высоких импульсных нагрузках и малых обжатиях деформация сосредоточивается в основном в пределах отдельных зерен, внутри к-рых наблюдаются интенсивные сдвиговые явления, а также

*) Данные об отечественной аппаратуре для скоростной фотосъемки и методы ее использования для исследования деформаций при импульсных нагрузках на прозрачных моделях с относительно высоким модулем продольной упругости (эпоксидные смолы) приведены в работах [2*, 3*].— Прим. ред.

!) См. также [19*] и статьи в сб. [20*, 21*]. Об оценке метода фотоупругости для определения напряжений при импульсных нагрузках, сделанной на основании первоначальных экспериментальных работ, см. [22*]. Решение задачи Герца при ударе на стеклянных моделях см. в [23*].— Прим. ред.

!) Методика и техника эксперимента, позволяющая проводить исследования при импульсных нагрузках на моделях из обычных прозрачных материалов (эпоксидная смола и др.), разработаны и изложены в работе [19*] и других статьях тех же авторов; см. также [21*].— Прим. ред.

3.3. Особенности трещинообразования и разрушение неоднородных структур при импульсных нагрузках

На вскрытие включений существенное влияние оказывают параметры нагружения образцы и экспериментальные исследования показывают, что при импульсных нагрузках степень вскрытия включений может регулироваться параметрами нагружения. На рисунке 3.13 приведены зависимости степени вскрытия включений при разрушении модельных образцов при различных параметрах нагружения. Увеличение энергии импульса повышает выход вскрытых включений для всех исследованных моделей, т.к. при росте вводимой энергии повышается интенсивность разрушения среды, увеличивается количество трещин, развивающихся в образце. Вскрытие включений возрастает также и при увеличении периода разрядного тока (т.е. времени выделения энергии) в пределах, когда уровень энергии достаточен для разрушения образцов (в данном случае цилиндрические образцы диаметром 50 мм). Так, в режимах с энергиями W 250 и 500 Дж процент вскрытых включений при увеличении времени выделения энергии возрастает, а в режимах с энергией W125 Дж изменяется с наличием максимума. Известно, что увеличение времени выделения энергии приводит к снижению количества трещин и к увеличению их длины. При этом большое количество трещин дорастает до края образца, что способствует раскрытию большого количества включений, тем более, если учитывать, что при увеличении времени энерговыделения степень избирательной направленности магистральных трещин в области расположения включений растет. Если уровень энергии не достаточен для эффективного разрушения образца, то увеличение времени энерговыделения, снижая максимальный пик давления в канале разряда, резко ухудшает условия разрушения и степень вскрытия включений, естественно, падает.

/ - генератор импульсных напряжений (ГИН); 2 - формирующая линия; 3 - обостряющий разрядник; 4 - основной разрядник; 5 -пакуумный диод; 6 - система питания и управления; 7 - вакуумная система; 8 - система газонапуска; 9 - система водоочистки; 10 - аппаратура контроля

Блок-схема сильноточного ускорителя "Темп" приведена на рис. 8.4. В качестве основного элемента зарядной системы используется низкоиндуктивный генератор импульсных напряжений (ГИН) /, который заряжает формирующую линию 2 за 1 мкс. Формирующая линия служит для получения коротких низкоимпедансных пучков с резким нарастанием тока. Конструктивно двойная формирующая линия (ДФЛ) ускорителя "Темп" выполнена в виде трех коаксиальных электродов и работает как сосредоточенная емкость (время зарядки линии ГИНом много больше, чем время прохождения электромагнитного импульса по линии). Для получения предымпульса и основного импульса заданной формы и амплитуды служат обостряющий 3 и основной 4 разрядники, через которые электрическая энергия, запасенная в линии, передается на вакуумный диод 5. Вакуумный диод используется для преобразования мощных коротких электрических импульсов, создаваемых на выходе формирующей линии, в полезные пучки частиц. Для обеспечения работы ускорителя в его конструкцию входят: система питания и управления 6; вакуумная система 7; система газонапуска 8\ система водоочистки 9; аппаратура контроля 10.

Важность исследования импульсных напряжений в конструкциях из композиционных материалов может быть проиллюстрирована на примере лопатки компрессора реактивного двигателя [61]. Лопатки рассчитывают с учетом восприятия центробежных и вибрационных нагрузок. Кроме того они должны быть рассчитаны на случай соударения с посторонними объектами, такими как птицы, град, камни, гайки и болты. Скорость соударяющегося тела относительно лопатки может составлять около 450 м/с. Импульсное воздействие малого тела продолжается очень недолго «50 икс) и вызывает в начальный момент сосредоточение энергии удара в малой области лопатки. При этом удар может вызвать не только образование местного кратера или трещины, но и сопровождается повреждениями вдали от места контакта, вызываемыми отражением волн напряжений от границ и эффектом фокусировки из-за изменения геометрии лопатки. Обеспечение прочности лопатки при соударении с внешними объектами требует специальных конструктивных решений, таких как введение в материал высокопрочной сетки и установка на ведущую кромку противоударного протектора.

рушение от импульсных напряжений другого знака, чем сообщенные приложенной внешней импульсной нагрузкой, наблюдается также при быстром снятии весьма высоких импульсных нагрузок. Так, свинцовый шар, подвергнутый всестороннему сжатию давлением около ста тысяч am, после быстрого снятия (в течение неск. микросекунд) давления начинает расширяться, при расширении упругая энергия, накопленная при сжатии, переходит в кинетическую энергию. К моменту возвращения к начальным размерам развивается высокая скорость перемещения, инерция перемещающихся частиц оказывается значительно выше их прочностных связей, и шар разрушается от нормальных растягивающих напряжений. Импульсные нагрузки создают также весьма высокие напряжения, достигающие 105 кг/см2. Деформация при нормальных напряжениях 105 кг/см2 имеет существенные особенности. Незначительная степень деформации при таких нагрузках, напр. характеризуемая степенью обжатия 5%, может приводить к упрочнению, обусловливаемому при статическом приложении нагрузки степенью деформации на порядок величины больше (50%). Это объясняется тем, что при высоких импульсных нагрузках и малых обжатиях деформация сосредоточивается в основном в пределах отдельных зерен, внутри к-рых наблюдаются интенсивные сдвиговые явления, а также

Основное назначение расчетной модели - определение гранулометрического состава готового продукта, образовавшегося в результате электрического пробоя образца, как функции параметров генератора импульсных напряжений (разрядной емкости С ,

Таким образом, система уравнений (2.21), (2.24), (2.28) позволяет описать вероятностный гранулометрический состав осколков, полученных при электрическом импульсном пробое образцов. Указанная система уравнений связывает свойства материала и параметры источника импульсных напряжений с размерными характеристиками разрушения образцов.

Общая производительность электроимпульсного дробления и измельчения материала, кроме удельных характеристик, определяется частотой посылок импульсов от генератора импульсных напряжений при прочих равных условиях. В конструкциях рабочих камер ограничение частоты посылок импульсов определяется скважностью электрода-классификатора и временем жизни парогазовой полости, образующейся в активной зоне при истечении плазмы из устьев канала разряда. Для различных размеров и количества калибровочных отверстий в электроде-классификаторе максимальное значение частоты посылок импульсов можно определить из выражения (2.35). Увеличение скважности электрода-классификатора позволяет увеличить частоту посылок импульсов. Расчеты для реальных конструкций показали, что частота посылок импульсов может достигать 20-25 1/с. Ограничение частоты посылок импульсов за счет времени жизни парогазовой полости не связано с конкретной конструкцией рабочей

Указанные характеристики могут быть получены экспериментально, расчетным путем или выбраны из справочных данных. Используя эти данные, можно определить параметры единичного импульса генератора импульсных напряжений, длину рабочего промежутка и производительность единичного импульса. По требуемой производительности В (кг/ч) и рассчитанной производительности единичного импульса а (г/имп.) определяется необходимое число электродов к при частоте посылок импульсов от генератора/'

По известным амплитуде импульса генератора импульсных напряжений, длине рабочего промежутка определяются необходимые изоляционные промежутки по перекрытию корпуса камеры, пробою изоляции высоковольтного электрода и воздушные промежутки между точками максимального напряжения и заземленными объектами (ограждения, элементы установки и т.д.). Выбрав изоляционный материал корпуса рабочей камеры и его конструкцию и учитывая пробивной градиент по поверхности в воздухе Епр - 3 кВ/см /121/, определяют его размеры. Поскольку корпус соприкасается с водой, необходимо, чтобы материал его был гидрофобным и не пропитывался водой, поэтому такие материалы как стеклотекстолит, текстолит и т.д. не рекомендуются. Наиболее приемлемым материалом корпуса рабочей

Электрическая блок-схема стенда создана на базе испытательного трансформатора ИОМ 100/100, однополупериодного выпрямителя на элементах 15ГЕ144ОУ-М с обратным напряжением 200 кВ, с двумя типами регуляторов (тиристорным и регулируемым дросселем насыщения) и генератора импульсных напряжений, собранного по схеме Аркадьева-Маркса. Особенностью конструкции генератора импульсных напряжений является возможность широкой регулировки энергии импульса как амплитудой (до 350 кВ), так и разрядной емкостью

стадию разрушения, и продукт -5+0, поступающий в контейнер готового продукта. С дистанционного пульта управления включаются генераторы импульсных напряжений, подающие импульсы на высоковольтные электроды. Происходит разрушение материала на электродах-классификаторах. Промежуточный продукт после первой стадии дезинтеграции классифицируется на втором сите на продукт -12.5 и -5 мм. Первый попадает на вторую стадию и доизмельчается до -5 мм.