СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к устройствам 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.

Известно устройство, позволяющее определять параметры движения тела в среде, использующее рентгеновскую скоростную фотографию, позволяющую по результатам расшифровки кадров судить о геометрических и силовых параметрах движения тела в среде [1].

В устройстве [2] используется пьезоэлектрический преобразователь, установленный на подвижном теле, передающая антенна и телеметрическая система 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 [2] 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 [3] 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.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ, указанный в [4]. В работе 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 [4] входят: мишень, пневматическая метательная установка, антенна для регистрации электромагнитного излучения.

Общим недостатком приведенных выше технических решений 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.

Отличие предлагаемого способа заключается в отсутствии регистрирующей антенны, так как источником полезного сигнала в цепи измерения является сам исследуемый образец.

Предлагаемое устройство 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 являются первичным физическим преобразователем ударного воздействия в полезный сигнал. Необходимо отметить, что предлагаемое изобретение возможно использовать только при исследовании металлических материалов и конструкций.

В целях подтверждения технической реализуемости предлагаемого способа и устройства авторским коллективом были проведены экспериментальные исследования, схема проведения которых представлена на фиг. 2. Ударник 6 ускорялся пневматическим ускорителем 5. В момент вылета ударника 6 из ствола ускорителя 5 сжатым воздухом приводился в действие замыкатель 7. Измерительное устройство 3 (осциллограф) регистрировало два сигнала: от источника тока 9 и мишени 1. Вид осциллограмм представлен на фиг. 3 в случае попадания ударника в мишень и фиг. 4 - в случае промаха.

Литература

1. 1. Физика быстродействующих процессов. Сборник статей под ред. Златина. - М.: Мир, с. 74.

2. Ю.К. Бивин, В.В. Викторов, Ю.В. Кулинич, А.С. Чурсин. Измеритель перегрузок. Авторское свидетельство №794547. Дата опубликования описания 07.01.81. Институт проблем механики АН СССР.

3. С.Н. Родак, В.И. Лисица, С.Н. Гринько, Н.И. Мячина. Способ контроля дробления материалов. Авторское свидетельство №1208496. Дата опубликования описания 30.07.89. Институт геотехнической механики АН УССР.

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

Использование: для определения параметров высокоскоростного движения метательных тел, например измерения перегрузок, скорости соударения, и для исследования параметров динамического деформирования металлических материалов в авиационной и космической технике. Сущность изобретения заключается в том, что при регистрации электромагнитного поля, возникающего при динамическом деформировании тел, полезный сигнал регистрируют, используя исследуемый образец, подключенный через коаксиальное соединение к устройству измерения, при этом исследуемый образец является первичным физическим преобразователем ударного воздействия в полезный сигнал. Технический результат: обеспечение возможности прямого измерения без больших инструментальных и статистических погрешностей. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения параметров динамического деформирования металлических материалов, заключающийся в том, что регистрируют электромагнитное поле, возникающее при динамическом деформировании тел, отличающийся тем, что полезный сигнал регистрируют, используя исследуемый образец, подключенный через коаксиальное соединение к устройству измерения, при этом исследуемый образец является первичным физическим преобразователем ударного воздействия в полезный сигнал.

2. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее исследуемый образец, коаксиальное соединение, устройство измерения, конденсатор, отличающееся тем, что исследуемый образец подключен через коаксиальное соединение к устройству измерения, при этом исследуемый образец является первичным физическим преобразователем ударного воздействия в полезный сигнал.