Способ электрического взрыва фольги на преградах сложной конфигурации Российский патент 2024 года по МПК G01N3/317 

Изобретение относится к технике создания импульсного давления посредством контактного электрического взрыва фольги на преградах сложной конфигурации (преградах, состоящих из сочетания плоских, шарообразных, цилиндрических, конических элементов) и может быть использовано для определения ударно-волновых процессов в различных средах и характера деформирования современных конструкционных материалов различного назначения при испытаниях на прочность к воздействию поверхностного импульса давления.

Известно электровзрывное устройство для создания ударной волны по патенту на изобретение №2343449 от 26.11.2007 г., реализующее способ электрического взрыва фольги на преградах, которое позволяет профилировать амплитуду импульса давления (распределение) по поверхности образца сложной формы (шар, цилиндр, конус) благодаря использованию внутреннего диэлектрического слоя, выполненного разнотолщинным из пористого диэлектрического материала [1]. Недостатком способа является невозможность нагружения образцов импульсом давления только с внешней стороны (во многих практических задачах падение ударной волны на объект должно осуществляться только с одной стороны) и воспроизведения на образцах объемной конфигурации (шар, конус) импульса давления заданной длительности равномерно распределенного по поверхности образца. При электрическом взрыве фольги разного сечения на преграде в каждом ее сечении возникает импульс давления разной величины и длительности, при этом выравнивание величины импульса давления с использованием внутреннего разнотолщинного диэлектрического слоя невозможно получить одинаковую по всей поверхности нагружения длительность механического импульса давления.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения используется способ, реализуемый в устройстве для электрического взрыва металлической фольги на конусных поверхностях по патенту на изобретение №2795420 от 25.10.2021 г., в котором закрепляют взрываемую фольги на испытываемый образец, проводят разряд через электропроводящую фольгу импульса электрического тока, приводящий к взрыву фольги и нагружению образца механическим импульсом давления от взрывной ударной волны, при этом прямым токопроводом является взрываемая фольга, расположенная на конусной поверхности объекта испытаний и на дополнительных диэлектрических формирующих крыльях, максимальная ширина которых выбирается из соотношения: где h₁ - максимальная ширина диэлектрического крыла, r₁ - радиус нижнего основания усеченного конуса, r₂ - радиус верхнего основания усеченного конуса, π - число, равное 3,14. Недостаток данного способа состоит в том, что обеспечивается электрический взрыв фольги только на боковой поверхности обычного или усеченного конуса [2].

На практике часто возникает необходимость создания равномерно распределенного по поверхности механического импульса давления малой длительности посредством электрического взрыва металлической фольги на плоских образцах различной формы (прямоугольник, круг, трапеция, треугольник) или составных преградах объемной конфигурации (из шара, эллипса, цилиндра, конуса). При пропускании электрического тока по фольге с различным сечением возникает разная плотность тока в каждом сечении и как следствие, в каждом сечении формируется импульс давления разной величины и длительности. Предлагаемое изобретение направлено на получение равномерного по амплитуде распределения генерируемого механического импульса на любых поверхностях нагружаемого образца.

Технический результат предлагаемого способа направлен на обеспечение испытаний механическим импульсом давления, формируемом при электрическом взрыве фольги, преград со сложной конфигурацией и снимающем ограничения по конфигурации нагружаемой преграды.

Технический результат достигается тем, что в способе используется новое конструктивное решение по включению взрываемой фольги в электроразрядную цепь установки, при этом фольга располагается на поверхности испытываемой преграды и на дополнительно закрепленном на преграде диэлектрическом каркасе, обеспечивающем одинаковый поперечный профиль фольги по пути тока.

Схема реализации предлагаемого способа представлена на фиг.1, где показаны: 1 - нагружаемый образец сложной конфигурации (сочетание полусферы, цилиндра, усеченного конуса). 2 - взрываемая металлическая фольга, 3 - диэлектрический каркас, 4 - токопроводы.

Работа устройства по данному способу осуществляется следующим образом. Выбирают размеры диэлектрического каркаса из условий обеспечения равенства сечения фольги во всех поперечных плоскостях нагружаемого образца 1 (А, Б, В, Г). Конфигурация диэлектрического каркаса является результатом геометрического проектирования для обеспечения одинакового поперечного профиля по пути тока. Вырезают и закрепляют взрываемую фольгу 2 на нагружаемом образце 1 и на диэлектрическом каркасе 3, осуществляют заряд накопительной емкости С генератора от источника напряжения, затем вызывают срабатывание управляемого разрядника Р и разряд емкости С, создающий ток I, протекающий по токопроводам 4 и взрываемой фольге 2, приводящий к электрическому взрыву фольги и генерированию механического импульса давления.

За счет электровзрыва фольги с равными сечениями (удельным сопротивлением) по длине преграды любой конфигурации воспроизводится равномерное распределение механического импульса с одной стороны нагружения по поверхности испытуемого образца.

Управление электровзрывом осуществляется подбором мощности электроразрядной установки, выбором материала фольги, применением сплошной и перфорированной фольги разной толщины. Совокупность приемов в способе позволяет регулировать распределение амплитуды значения импульса на поверхности нагружаемого образца в широком диапазоне. Достоинством предлагаемого способа является получение ударных волн электрически взрываемой фольгой, располагаемой в непосредственном контакте с испытываемым образцом, что позволяет изучить характер деформирования материалов при условиях их работы в реальных конструкциях. Способ востребован для испытаний образцов сложной формы (комбинированных преград объемной конфигурации) на воздействие малых импульсов давления, равномерно распределенных по нагружаемой поверхности, при этом снимаются ограничения по форме испытываемых образцов при контактном электрическом взрыве металлической фольги.

Применение предлагаемого способа позволит без значительных затрат на оборудование существенно расширить область использования электровзрывных технологий для метания ударников различной формы (шар, куб), ударно-волнового расслоения образцов, получения структурно-неоднородных материалов (слоистых, градиентных) с разной плотностью по толщине за счет управления процессами электрического взрыва проводников.

Источники информации

1. Патент на изобретение 2343449 от 26.11.2007 «Электровзрывное устройство для создания ударной волны».

2. Патент на изобретение 2795420 от 25.10.2021 «Устройство для электрического взрыва металлической фольги на конусных поверхностях».

Изобретение может быть использовано для определения ударно-волновых процессов в различных средах и характера деформирования современных конструкционных материалов различного назначения при испытаниях на прочность к воздействию поверхностного импульса давления. Способ электрического взрыва фольги на преградах сложной конфигурации включает размещение фольги на нагружаемом образце и электрический разряд через электропроводящую фольгу, отличающийся тем, что вырезают и закрепляют взрываемую электропроводящую фольгу на испытываемом образце, при этом фольгу располагают на поверхности испытываемого образца и на дополнительно закрепленном на испытываемом образце диэлектрическом каркасе, размеры которого выбирают из условий обеспечения равенства сечения электропроводящей фольги во всех поперечных плоскостях нагружаемого образца, для обеспечения одинакового поперечного профиля фольги по пути тока, проводят разряд через электропроводящую фольгу импульса электрического тока, приводящего к взрыву фольги и нагружению испытываемого образца механическим импульсом давления от взрывной ударной волны. Изобретение обеспечивает проведение испытаний механическим импульсом давления, формируемым при электрическом взрыве фольги, преград со сложной конфигурацией и снимающим ограничения по конфигурации нагружаемой преграды. 1 ил.

Способ электрического взрыва фольги на преградах сложной конфигурации, включающий размещение фольги на нагружаемом образце и электрический разряд через электропроводящую фольгу, отличающийся тем, что вырезают и закрепляют взрываемую электропроводящую фольгу на испытываемом образце, при этом фольгу располагают на поверхности испытываемого образца и на дополнительно закрепленном на испытываемом образце диэлектрическом каркасе, размеры которого выбирают из условий обеспечения равенства сечения электропроводящей фольги во всех поперечных плоскостях нагружаемого образца, для обеспечения одинакового поперечного профиля фольги по пути тока, проводят разряд через электропроводящую фольгу импульса электрического тока, приводящего к взрыву фольги и нагружению испытываемого образца механическим импульсом давления от взрывной ударной волны.