Способ определения параметров динамического деформирования металлических материалов

Авторы патента:

G01B7/16 - для измерения деформации твердых тел, например проволочными тензометрами

Владельцы патента RU 2695024:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследований параметров динамического деформирования металлических материалов в авиационной и космической технике. Сущность: регистрируют электромагнитное поле, возникающее при динамическом деформировании тел, например при высокоскоростном соударении тел. Полезный сигнал регистрируют исследуемым образцом, подключенным через коаксиальное электрическое соединение к устройству измерения: осциллографу, мультиметру, вольтметру и т.д. Функция, аппроксимирующая полученный сигнал, аппаратно или программно дифференцируется. Определяют скорость деформации, которая численно равна значению производной, взятой с обратным знаком, при стремлении аргумента к нулю. Определяют время окончания деформации, которое равно времени локального экстремума производной. В случае высокоскоростного соударения ударника и мишени время этого экстремума определяет время остановки ударника при проникании в мишень. Технический результат: повышение точности определения параметров деформирования, возможность определения скорости деформации и времени окончания деформации. 2 ил.

Изобретение относится к способам для определения параметров высокоскоростного движения метательных тел, например, измерения перегрузок, скорости соударения и т.д., и может быть использовано для исследований параметров динамического деформирования металлических материалов в авиационной и космической технике.

Известен ряд устройств, позволяющих решать подобные задачи.

В устройстве [1] используется пьезоэлектрический преобразователь, установленный на подвижном теле, передающую антенну и телеметрическую систему приема и регистрации выходного сигнала, на подвижном теле устанавливается датчик перегрузок или давлений генерирующего типа, который дополнительно содержит катушку, электрически соединенную, например, с пьезоэлементом и размещенную на поверхности подвижного тела. Устройство [1] работает следующим образом. Если на подвижное тело в месте расположения датчика действует давление, то на нем возникает соответствующей величины заряд, который вызывает ток в катушке, электрически с ним соединенной. Этот ток сопровождается электромагнитными излучениями катушки, по интенсивности которых и характеру изменения судят о параметрах давления, действующего на датчик. Электромагнитные излучения воспринимаются антенной и после преобразований могут быть зарегистрированы.

Известен способ [2] контроля дробления материалов, включающий регистрацию электромагнитного излучения, возникающего при динамическом разрушении материалов. Электромагнитное излучение, генерируемое дробимой массой, вызывает появление электрических сигналов в рамочных антеннах, настроенных на различные частоты. Путем сопоставления получаемых в процессе работы спектров сигналов с эталонными, выявляют отклонение в спектральных характеристиках сигналов, по которым судят об отклонениях в процессе измельчения материала.

В работе [3] представлены результаты экспериментальных исследований электромагнитных явлений, сопровождающих быстропротекающее деформирование различных материалов. Показано, что быстропротекающее деформирование различных веществ как ударное, так и квазистатическое сопровождается электромагнитным излучением, генерируемым самим деформируемым веществом. Отмечено, что временные параметры регистрируемого сигнала электромагнитного излучения коррелируются с временными параметрами механического процесса деформирования. В схему экспериментальной установки [3] входят: мишень, пневматическая метательная установка, антенна для регистрации электромагнитного излучения.

Общим недостатком технических решений [1-3] является необходимость включения в состав устройств антенны, регистрирующей электромагнитное излучение, которое является вторичным физическим полем. Таким образом, рассмотренные технические решения представляют собой непрямые способы измерения, которые характеризуются большими инструментальными и статистическими погрешностями измерения.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство [4], которое работает следующим образом. В результате ударного взаимодействия ударника с мишенью, в последней возникает пространственное перераспределение зарядов (т.е. электродвижущая сила), которое далее регистрируется предлагаемым устройством, схема которого представлена на фиг. 1. Исследуемый образец 1 имеет электрическое коаксиальное соединение 2 с устройством измерения 3. В качестве устройства измерения 3 может быть использован осциллограф, вольтметр или подобное устройство. В состав коаксиального соединения 2 включен конденсатор 4.

Т.о. сама мишень или объект исследования является первичным физическим преобразователем ударного воздействия в полезный сигнал.

Способ и устройство [4] могут быть использованы в качестве прототипа. Недостатком устройства [4] является тот факт, что коаксиальное соединение вместе с конденсатором формируют интегрирующую цепочку, таким образом, полезный сигнал подвергается аппаратному интегрированию. Временные параметры механического процесса деформирования искажаются.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности способа определения параметров динамического деформирования металлических материалов, что позволит определить, например, скорость метаемого тела (ударника) в момент его контакта с поверхностью мишени, т.е. скорость ударника.

В предлагаемом способе полезный сигнал регистрируется аналогично как в способе [4], отличительным признаком способа является то, что функция, аппроксимирующая полученный сигнал, аппаратно или программно дифференцируется, и определяется локальный максимум полученной производной функции. В случае высокоскоростного соударения ударника и мишени время этого максимума определяет время остановки ударника при проникании в мишень, при этом скорость деформации численно равна значению производной, взятой с обратным знаком, при стремлении аргумента к нулю.

Для определения работоспособности способа были проведены экспериментальные и теоретические исследования, результаты которых представлены на графике на фиг. 2. В частности на графике приведены: экспериментальная зависимость полезного сигнала (кривая а), его аппроксимация вида ax^b-exp(c⋅x) (кривая b), производная аппроксимационной функции, взятая с обратным знаком (кривая с), а также теоретически полученная скорость материала мишени (кривая d) при контакте с высокоскоростным ударником и его дальнейшем проникании в мишень до остановки.

Литература

1. SU №794547, 1981 г.

2. SU №1208496, 1989 г.

3. Бивин Ю.К., Викторов В.В., Кулинич Ю.В., Чурсин Л.С. Электромагнитное излучение при динамическом деформировании различных материалов. Механика твердого тела, №1, 1982. Издательство «Наука». С. 183-186.

4. RU №2559118, 2015 г.

Способ определения параметров динамического деформирования металлических материалов, заключающийся в том, что регистрируют электромагнитное поле, возникающее при динамическом деформировании тел, регистрируют полезный сигнал исследуемым образцом, подключенным через коаксиальное электрическое соединение к устройству измерения, отличающийся тем, что программно или аппаратно дифференцируют функцию, описывающую регистрируемую функцию, определяют скорость деформации и время окончания деформации.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к тензоизмерениям деформации объектов, и предназначено для проверки качества наклеивания тензорезисторов (TP) на изделия из любых материалов.

Устройство для исследования свойств строу трубки координатного детектора частиц // 2691770

Изобретение относится к области исследования механических свойств оболочек материала строу трубок и прогнозированию срока службы строу в составе координатных детекторов частиц на их основе.

Устройство для измерения деформаций // 2688849

Использование: для измерения относительной деформации. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит гибкую подложку из тензочувствительного материала, верхнюю гибкую диэлектрическую подложку, выводные проводники, соединенные с контактными площадками, на верхней гибкой диэлектрической подложке рядами равномерно расположены контактные площадки, электрически соединенные с нижней подложкой игольчатыми контактами, проходящими через слой электроизоляции, расположенный между подложками, при этом выводные проводники расположены на наружной поверхности верхней подложки.

Униполярный датчик деформации // 2685570

Использование: для создания тензорезисторных датчиков деформации. Сущность изобретения заключается в том, что униполярный датчик деформации содержит гибкую подложку, стекловолокно, на котором нанесена смесь углеродных нанотрубок и графитового порошка, при этом содержит слой толщиной 5-15 мкм из композиционного тканеинженерного наноматериала в составе акриловой краски и одностенных углеродных нанотрубок с концентрацией 2-3 мас.

Устройство для измерения относительных деформаций и температуры // 2681431

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения относительных деформаций и температуры. Устройство содержит входящие в состав мостов Уитстона тензорезисторы и термопары, размещенные на объекте испытания ОИ, коммутатор для подключения термопар, коммутатор мостов Уитстона, аналогово-цифровой преобразователь АЦП, персональный компьютер ПК, источник питания.

Интегральный электрический способ неразрушающего контроля состояния винтовой цилиндрической пружины и устройство для его осуществления // 2680659

Изобретение относится к электрическим способам неразрушающего контроля цилиндрических пружин и устройствам для его осуществления. Сущность: осуществляют измерение электрического сопротивления пружины между клеммами, закрепленными на ее опорных витках в ненагруженном состоянии, а также при ее растяжении и сжатии в области упругих деформаций под действием статически прикладываемых нагрузок, одинаковых по абсолютной величине и сравнении результатов трех измерений.

Модель для определения деформаций стержней фермы // 2671754

Изобретение относится к наглядным учебным пособиям и предназначено для использования в учебных и исследовательских лабораториях по теоретической, строительной механике, строительным конструкциям как в качестве наглядной демонстрации работы стержневых конструкций, так и в качестве моделей шарнирно-стержневых систем при проектировании зданий и сооружений, при изучении работы ферм.

Способ измерения напряженно-деформированного состояния металлических конструкций без снятия статических нагрузок // 2670217

Изобретение относится к области определения и контроля напряженно-деформированного состояния металлической конструкции (объекта), находящейся под нагрузкой, и может быть использовано для оценки ее прочности и прогнозирования несущей способности.

Электрическая соединительная система (варианты) и уплотнительная прокладка электрического соединителя // 2669325

Изобретение относится к определению целостности соединителей. Электрическая соединительная система содержит соединитель, образующий поверхность соединителя, основание и уплотнительную прокладку, расположенную между основанием и поверхностью соединителя.

Многоканальный регистратор деформаций // 2660409

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения относительных деформаций. Многоканальный регистратор деформаций, каждый канал которого содержит датчик деформаций в виде тензорезистора, входящего в состав мостовой схемы, аналого-цифровой преобразователь и внутренний источник питания, отличающийся тем, что в каждом канале тензорезистор включен в состав измерительной мостовой схемы Уитстона, дополнительно введен искрозащитный барьер по питанию мостовой схемы Уитстона, состоящий из последовательно соединенных предохранителя, ограничивающего и балластного резисторов, двух двунаправленных стабилитронов, первые выводы которых объединены и соединены со вторым выводом ограничительного резистора и первым выводом балластного резистора, а вторые выводы двунаправленных стабилитронов объединены и соединены с отрицательной клеммой внутреннего источника питания, к положительной клемме которого подключен первый вывод предохранителя, выходы искрозащитного барьера по питанию мостовой схемы Уитстона подключены к одной диагонали мостовой схемы Уитсона, другая диагональ которой подключена к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя, также в регистратор введены первый и второй искрозащитные барьеры, вход первого из которых соединен с выходом персонального компьютера, а выход соединен с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя каждого канала, вход второго искрозащитного барьера соединен с соответствующими выводами внешнего блока питания, а выход - с соответствующими входами внутреннего источника питания и соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя каждого канала, причем первый и второй искрозащитный барьер включают в себя предохранитель, первый вывод которого подключен к положительной входной клемме барьера, второй вывод подключен к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами двух двунаправленных стабилитронов, вторые выводы которых объединены и соединены с отрицательной клеммой искрозащитного барьера.