Баллистическая испытательная установка Советский патент 1992 года по МПК G01M7/08 G01N3/30 

Фиг. 1

Изобретение относится к средствам испытания конструкций и материалов на ударные нагрузки.

Известна установка для испытаний материалов на ударное сжатие, содержащая контейнер с ударником, трубу для разгона в ней метаемого тела, в которой размещен ударник, узел крепления образца, расположенный на выходе трубы, и пороховую камеру, отделенную от трубы разгона разрывной диафрагмой, изготовленной из металлического материала.

Недостаток описанной установки состоит в том, что при создании давления газов в пороховой камере диафрагма прогибается, пластически деформируется и только после этого разрушается, т.е. время раскрытия диафрагмы оказывается достаточно большим. Кроме того процесс раскрытия диафрагмы может сопровождаться отрывом фрагментов, которые воздействуя на ударник и трубу разгона снижают достоверность результатов эксперимента.

Известно также использование разрывных диафрагм в конструкциях баллистических испытательных установок. При этом на лицевых поверхностях диафрагм выполняют острые надрезы (концентраторы напряжения), которые позволяют повысить скорость раскрытия диафрагмы, Однако и указанное решение не снижает вероятности отрыва и воздействия на ударник отдельных фрагментов диафрагмы.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является баллистическая испытательная установка, содержащая камеру высокого давления, трубу, служащую для разгона в ней метаемого тела, и разделяющую полости камеры и трубы разрывную диафрагму, которая защемлена по контуру и имеет на лицевой поверхности острые прямолинейные надрезы, пересекающиеся в ее центральной зоне. Описанная установка предназначена для градуировки пьезодатчиков давления.

Однако и приведенная установка недостаточно надежна. Это обусловлено прежде всего тем, что оторвавшиеся при разрушении диафрагмы лепестки, воздействуют на метаемое тело. Кроме того, диафрагму изготавливают без учета механических свойств материала. Поэтому при изготовлении диафрагмы из пластичного материала процесс ее раскрытия оказывается длительным, что снижает мощность воздействия пороховых газов на метаемое тело. Изготовление диафрагмы из высокопрочного материала сопровождается ее хрупким разрушением и

воздействием фрагментов на метаемое тело.

Цель изобретения - повышение надежности за счет исключения отрыва лепестков

диафрагмы, а также повышения скорости нагружения испытуемого объекта путем уменьшения времени раскрытия диафрагмы.

Поставленная цель достигается тем, что

0 в известной баллистической испытательной установке, содержащей камеру высокого давления, трубу, служащую для разгона в ней метаемого тела, и разделяющую полости камеры и труб, разрывную диафрагму,

5 которая защемлена по контуру и имеет на лицевой поверхности острые прямолинейные надрезы, пересекающиеся в ее центральной зоне, согласно изобретению, диафрагма изготовлена из высокопрочного

0 материала с периферийной кольцевой пластичной зоной, в которой расположены концы надрезов. При этом ширина пластичной зоны выбрана в диапазоне от ширины зоны защемления диафрагмы до 0,3 радиуса ди5 афрагмы.

Выполнение диафрагмы из высокопрочного металлического материала, например из закаленной стали, обеспечивает уменьшение прогиба диафрагмы и повышение

0 скорости ее раскрытия при создании давления в пороховой камере близкого к максимальному. При помощи концентраторов задается направление разрушения диафрагмы. Если выполнить концентратор в виде

5 кольцевого надреза, часть диафрагмы воздействует на торец метаемого тела с ударником, что может привести к разрушению контейнера и к искажению результатов испытаний. В тоже время радиальные надре0 зы и кольцевая пластичная зона, часть которой при сборе установки оказывается жестко закрепленной между пороховой камерой и трубой разгона, позволяют, во-первых, уменьшить уровень деформации

5 (прогиба) диафрагмы при возрастании давления в пороховой камере, во-вторых, повысить скорость раскрытия диафрагмы, в-третьих, за счет пластичной зоны, предотвратить отрыв образовавшихся при разру0 шении диафрагмы лепестков, имеющих вид секторов.

Пластичная зона может быть выполнена путем нагрева кольцевой зоны диафрагмы, изготовленной из закаленной стали, до тем5 пературы рекристаллизации. Нагрев осуществляется при помощи кольцевого индуктора, соединенного с генератором токов высокой частоты. При этом происходит локальный отпуск материала диафрагмы, В результате отпуска образуется зона, материал в которой имеет предел текучести, составляющий примерно 40...60% предела текучести материала диафрагмы вне пластичной зоны. Поэтому образовавшуюся кольцевую зону можно считать пластичной. Размер пластичной зоны определяется конструктивными особенностями места крепления диафрагмы, Граница пластичной зоны не является четкой линией (окружностью). Переходная зона имеет ширину, составляющую 1,0...1,5 толщины диафрагмы. При выполнении пластичной зоны с шириной более, чем 0,3 радиуса диафрагмы наблюдается заметный прогиб последней, что сказывается на точности эксперимента. Наличие пластичной, а также зоны сжатия, возникающей при размещении диафрагмы в установке, позволяет остановить хрупкую трещину и предотвратить тем самым воздействие фрагментов диафрагмы при ее разрушении на торец контейнера с ударником.

На фиг. 1 схематически показана предлагаемая установка; на фиг. 2 -диафрагма; на фиг. 3 - схема деформирования диафрагмы в известной установке; на фиг. 4 - то же, в предлагаемой установке.

Предлагаемая установка содержит контейнер с ударником 1, размещенный в трубе разгона 2. Узел крепления 3 образца 4 расположен на выходе трубы 2 и выполнен в виде баллистического маятника. Установка снабжена порозовей камерой 5 с устройством для инициирования возгорания пороха 6 - манганиновым оголенным проводом, подключенным к источнику тока. Пороховая камера 5 отделена от трубы разгона 2 диафрагмой 7, Труба разгона 2 имеет защитный кожух 8. Система регистрации параметров включает контактную систему Ki и Кз, при последовательном замыкании которых поступает сигнал на частотомеры (на чертеже не показано). С помощью указанных контактов регистрируется время полета ударника 1. Диафрагма 7 имеет на лицевой поверхности острые радиальные надрезы 9, пересекающиеся в ее центре и заканчивающиеся в периферийной кольцевой пластичной зоне 10.

Установка работает так. В пороховой камере 5 при помощи устройства 6 инициируют возгорание пороха. Образовавшиеся при этом газы воздействуют на, практически, не деформируемые стенки пороховой камеры 5 и на диафрагму 7. Поскольку диафрагма изготовлена из высокопрочного материала, она лишь незначительно пластически деформируется в узкой зоне перехода из пластичной зоны в твердую, но не разрушается. Когда уровень давления в пороховой камере 5 достигает заданного значения, диафрагма 7 разрушается. Ее разрушение начинается из центра и идет по радиальным надрезам.

При переходе трещины из хрупкой зоны в пластическую ее рост замедляется и останавливается. Под действием пороховых газов лепестки диафрагмы 7 изгибаются в направлении движения газов, но не отрываются и, тем самым, не воздействуют разрушающе на контейнер с ударником 1. В то же время пороховые газы, разрушив диафрагму 7, воздействуют на контейнер с ударником 1, вызывают его страгивание и

последующий разгон в трубе 2 до заданной скорости. Контейнер с ударником 1 взаимодействует с образцом 4. При этом срабатывает система регистрации времени перемещения контейнера с ударником 1 базового расстояния L

На основе анализа испытаний серии образцов определяют зависимость деформирования и разрушения материала преграды от скорости нагружения, по которой судят о

сопротивлении материала внедрению и пробиванию на заданных скоростях нагружения.

Формула изобретения Баллистическая испытательная установка, содержащая камеру высокого давления, трубу, служащую для разгона в ней метаемого тела, и разделяющую полости камеры и трубы разрывную диафрагму, которая защемлена по контуру и имеет на

лицевой поверхности острые прямолинейные надрезы, пересекающиеся в ее центральной зоне, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности за счет исключения отрыва лепестков диафрагмы, а

также повшения скорости нагружения испытуемого объекта путем уменьшения времени раскрытия диафрагмы, диафрагма выполнена из высокопрочного материала с периферийной кольцевой пластичной зоной, в которой расположены концы надрезов, при этом ширина пластичной зоны выбрана в диапазоне от ширины зоны защемления диафрагмы до 0,3 радиуса диафрагмы.

со

N О СО

СО

г///////

Л 9

Изобретение относится к технике ударных испытаний конструкций и материалов. В баллистической испытательной установке камера высокого давления и труба, служащая для разгона в ней метаемого тела, например ударника, разделены разрывной диафрагмой (7) из высокопрочного материала. Диафрагма выполнена с острыми прямо- линейными надрезами 9 на лицевой поверхности, пересекающимися в ее центральной зоне. На периферии диафрагмы образована кольцевая пластичная зона (10), в которой расположены концы надрезов. Ширина этой зоны выбрана в диапазоне от ширины зоны защемления диафрагмы от 0,3 радиуса диафрагмы. Такое выполнение диафрагмы исключает отрыв образующихся при ее раскрытии лепестков и обеспечивает снижение времени раскрытия. Благодаря этим свойствам возможно повышение надежности установки и скорости нагружения 4 ил. со

///Л//

Фиг.З

(Pt/z.tf