Способ определения скорости перемещения поверхности оболочки Советский патент 1991 года по МПК G01B11/16 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению деформаций цилиндрических оболочек оптическими методами, и является усовершенствованием способа по авт.ев № 1288500.

Цель изобретения - увеличение точности и расширение диапазона определяемых скоростей посредством учета изменения параметров газа в результате прохождения через него волн уплотнения и разрежения.

На фиг.1 приведена типичная теневая кинограмма процесса колебания оболочки; на фиг.2 -зависимость амплитуды радиальной скорости оболочки от времени; на фиг.З - осциллограмма разрядного тока.

Способ осуществляется для частного случая индукционно-динамического воздействия на цилиндрическую оболочку магнитного поля одновиткового индуктора, охватывающего оболочку с зазором порядка 0,5 мм.

На индуктор разряжается емкостный накопитель энергии (ЕНЭ), имеющий емкость 60 мкФ и заряженный до напряжения 15-25 кВ. Оболочку из сплава Д16Т длиной 40 мм, с внешним диаметром 25 мм, толщиной стенки 0,5-3 мм вместе с индуктором помещают в рабочее поле теневой шлирен- системы. Регистрация теневой картины в моментударного нагружения осуществляется скоростным фоторегистратором типа СФР-1. Однако в отличие от прототипа в данном случае используется режим непрерывной щелевой развертки с ориентацией щели вдоль вертикального сечения оболочки. Указанный режим обладает определенными преимуществами по сравнению с кадровой разверткой, в частности большим временным и пространственным разрешением и автоматической записью на фотопленке временной зависимости положения волновых фронтов, которая в прототипе строилась вручную.

ел

Qs

о

ел

Os 00

ю

При индукционном взаимодействии тока в одновитковом индукторе и тока, наведенного в оболочке, последняя отталкивается от индуктора, и перед ее внутренней поверхностью образуется волна уплотнения (ВУ), движущаяся к оси оболочки (первая темная наклонная полоса на кинограмме на фиг,1). Поскольку время ускорения конечно (оно я 5 мкс при длительности периода разрядного тока -- 25 мкс, фиг.2, 3), каждое последующее в заданном временном интервале возмущение усиливает предыдущее, в результате чего образуется слабая ударная волна (УВ), имеющая скорость порядка 400 м/с. Образование УВ происходит на расстояниях от поверхности оболочки, не превышающих 2 мм (400 м/сх5-10 6с 2 мм).

ВУ остается прижатой своим задним фронтом к стенке до тех пор, пока происходит ускорение оболочки. Отделение заднего фронта первой волны уплотнения (ЗФВУ1) происходит в момент равенства нулю ускорения оболочки, Замедление ускорения несмотря на возрастание разрядного тока возникает в результате увеличения зазора между оболочкой и индуктором, возрастания упругих сил деформации, а также диффузии магнитного поля во внутреннюю полость оболочки.

Поскольку заключительные фазы ускорения происходят при уменьшающихся зна- чениях последнего, образование ВУ согласно газодинамической теории должно происходить для все более поздних моментов времени (т.е. на больших расстояниях от стенки оболочки). Поэтому в целом ВУ выглядит на кинограмме несколько размытой, особенно в окрестности стенки. При удалении от стенки размытость уменьшается, хотя и остается достаточно заметной.

После отделения ЗФВУ от стенки ВУ продолжает движение к оси оболочки приблизительно с постоянной скоростью, если не учитывать некоторого ее усиления, связанного со сходимостью цилиндрической волны с нестационарностью.

После прохождения ускорения через нуль процесс торможения оболочки продолжается, так как теперь он дополнительно стимулируется тем, что разрядный ток после прохождения через максимум начинает падать. Все это приводит с определенного момента времени к уменьшению радиальной скорости оболочки, спутный поток- газа опережает ее и перед поверхностью оболочки возникает волна разрежения (ВР ), передний фронт которой (ПФВР ) движется по спутному потоку газа с абсолютной скоростью, равной скорости ЗФВУ (достигнутая местная скорость звука а плюс скорость спутного потока газа).

Поскольку участок течения с квазипостоянной максимальной скоростью практически конечен во времени, то обе волны оказываются разделенными областью стационарного течения газа со скоростью, равной скорости спутною потока после прохождения ВУ1.

Образование ВР1 вызывает обратный по направлению к оболочке поток газа, скорость которого постепенно увеличивается по мере уменьшения скорости ВР1. Этот процесс продолжается до тех пор, пока, поменяв знак, скорость оболочки не достигнет максимального по абсолютной величине, но противоположного по направлению значения. В этот момент времени задний фронт первой волны разрежения ЗФВР1 отделяется от стенки и начинает движение к оси оболочки с квазипостоянной скоростью.

Для отрицательной полуволны тока процесс колебания оболочки протекает аналогично. Таким образом, можно получить

интересующие значения для всех последующих полупериодов.

Скорость волновых фронтов опоедепя- ют как тангенс угла наклона следа фронта на фотоматериале относительно оризонтальной оси времени с учетом временного v, пространственного масштабов. Полученные таким образом значения гл Ть- абсолютные волновые скорости U-c а, описываемые выражениями

К ИИн i

U + Q-ae + - -U, -U, (1)

2

k-(

к-

+ -y U , a-a0- -U,

(2)

где U - скорость газового no-ока, равная скорости перемещения

а, а0 - местная скорость звука и скорость звука для покоящегося газа соответственно;

.. Ср

К -ж-, - отношение теплоемкостеи, Су

равное 1,4 для воздуха;

Ср - теплоемкость при постоянном давлении;

Cv теплоемкость при постоянном объеме.

Используя экспериментальные значения U ± а, определяемые по кинограммам, с помощью соотношений (1) находят скорости газовых потоков или скорости перемещения стенки. Для каждой последующей волны при нахождении скорости U используются скорректированные значения ао, определяемые с помощью соотношений (2) и учитывающие изменение состояния газа после прохождения по нему предыдущей волны - aoi, ао2Вп.

В соответствии со сказанным расчетное по кинограмме фиг.1 экспериментальное значение U + а для равно- 381 м/с, откуда согласно (1), находим U+1 30 м/с. При этом для начальной скорости звука в покоящемся газе ао использовалось значение, равное 345 м/с (Т 293 К). В конце ускорения скорость звука а, согласно (2), становится равной 351 м/с. Это значение используется далее в качестве ао aoi при рассмотрении ВР1, задний фронт которой описывается правой частью выражения (1) с изменением знака на противоположный, поскольку соотношение (1) написано для случая взаимно противоположных направлений распространения ВУ и ВР, в отличие от настоящего случая, когда эти на- правления совпадают

1K-vl К ч

°i-LL c(0)-Ј- U.. , a0,a0+-2- J + .

Для местной скорости звука после про- 30 хождения ВР1 справедливо соотношение

510 1520 25

30

прошедшей ВУ. При обратной ВР газ вновь охлаждается и приближается по своим параметрам исходному состоянию, если амплитуды U+1 и U- близки по величине. Это имеет место в астном случае для тонкостенных оболочек, когда существенна роль диффузии магнитного поля во внутреннюю полость. При увеличении толщины стенки обратная волна выражается все более слабо, эффективность охлаждения уменьшается, а поправка для скорости обратного знака увеличивается.

Формула изобретения Способ определения скорости перемещения поверхности оболочки по авт.св. № 12885СО, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и расширения диапазона определяемых скоростей посредством учета изменения параметров газа а результате прохождения через него волн уплотнения и разрежения, после нахождения моментов времени, при которых фронты отделяются от поверхности оболочки, определяют последовательные амплитудные значения скорости Un перемещения поверхности оболочки в зависимости от числа п учтенных предыдущих волн уплотнения и разрежения из следующих соотношений

К

Un ± а0п ± а0,п - 1 + -л- LJn

Изобретение относится к измерительной технике, к определению деформаций цилиндрических оболочек оптическими методами. Цель изобретения - увеличение точности и расширение диапазона определяемых скоростей посредстовм учета изменения параметров газа в результате прохождения через него волн уплотнения и разрежения. Определение скорости перемещений производят с учетом изменения газовых параметров в результате прохождения по газовой среде всех предыдущих волн уплотнения и разрежения. 3 ил.

a ,

U

(4)

Для U-T и а 02 находим значения 38 и 343 м/с соответственно. Аналогичным образом находят значения для последующих полупериодов тока. CoofBeTCTeyioLUHe значения приведены на фиг.2 в сравнении со значениями, полученными в предположе- нии малости возмущений (обозначены крестиками).

Найденные поправки более существенны для нечетных четвертей периода разрядного тока (фиг.З), когда образуется волна уплотнения и происходит разогрев газа

Зоп - Зо.п

К -1

1 - jUn

где LH - амплитудные значения скорости перемещения поверхности оболочки;

Зон - местная скорость звука при прохождении n-й волны; Ср

К Cv

отношение теплоемкостеи;

а0п скорость звука покоящегося газа в исходном состоянии;

СР - теплоемкость при постоянном давлении;

Cv - теплоемкость при постоянном объеме.

о k

Vto

л

I

I- 8

So

o

74 50 t

Фиг. 5