PT104167A - HOPKINSON TESTING MACHINE FOR ELECTROMAGNETIC IMPULSION - Google Patents

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hopkinson
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Paulo Antonio Firme Martins
Carlos Manuel Alves Da Silva
Pedro Alexandre Rodrigues Rosa
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Inst Superior Tecnico
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Abstract

O PRESENTE INVENTO REFERE-SE A UMA ALTERAÇÃO DA MÁQUINA DE ENSAIOS DE HOPKINSON POR INTRODUÇÃO DE UM SISTEMA DE IMPULSÃO ELECTROMAGNÉTICA, EM SUBSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS TÍPICOS DE IMPULSÃO PNEUMÁTICA. ESTE INVENTO É ESPECIALMENTE INDICADO EM APLICAÇÕES DA MÁQUINA DE ENSAIOS DE HOPKINSON ONDE SE PRETENDA UMA DIMENSÃO GLOBAL MAIS REDUZIDA DO EQUIPAMENTO, PERMITINDO AINDA UM MELHOR DESEMPENHO EM TERMOS DA VELOCIDADE MÁXIMA ALCANÇÁVEL, DO AJUSTE E REPETIBILIDADE DOS RESULTADOS, E NA MINIMIZAÇÃO DA PROPAGAÇÃO DE RUÍDOS PARASITA (TÍPICOS DA ABERTURA DAS VÁLVULAS PNEUMÁTICAS, DA EXPANSÃO DOS GÁS E DO ROÇAMENTO DA BARRA PROJÉCTIL NO SISTEMA DE DISPARO). A MÁQUINA PROPOSTA RESUME-SE À INCORPORAÇÃO DE UM ACTUADOR/DISPARADOR ELECTROMAGNÉTICO (3) NUMA ESTRUTURA DE UMA BARRA DE HOPKINSON (1) , COM O INTUITO DE SUBSTITUIR OS TRADICIONAIS DISPARADORES DE AR COMPRIMIDO. ATRAVÉS DE UMA BANCO DE POTÊNCIA (2) É POSSÍVEL EFECTUAR A DESCARGA ELÉCTRICA, A QUAL FARÁ COM QUE O ACTUADOR ELECTROMAGNÉTICO TRANSMITA MOVIMENTO À BARRA PROJÉCTIL (4).The present invention relates to a modification of the HOPKINSON TESTS MACHINE FOR THE INTRODUCTION OF AN ELECTROMAGNETIC IMPULSION SYSTEM IN REPLACING TYPICAL PNEUMATIC IMPULSATION SYSTEMS. THIS INVENTION IS SPECIALLY INDICATED IN APPLICATIONS OF THE HOPKINSON TEST MACHINE WHERE A GLOBAL REDUCED DIMENSION OF THE EQUIPMENT IS INTENDED, ALLOWING A BETTER PERFORMANCE IN TERMS OF THE MAXIMUM ACHIEVABLE SPEED, OF THE ADJUSTMENT AND REPETIBILITY OF THE RESULTS, AND IN THE MINIMIZATION OF NOISE SPREAD PARASITES (TYPICAL OPENING OF PNEUMATIC VALVES, EXPANSION OF GAS AND ROUNDING OF PROJECTILE BAR IN THE SHOCK SYSTEM). THE PROPOSED MACHINE IS SUMMARIZED TO INCORPORATE AN ELECTROMAGNETIC ACTUATOR / TRIGGER (3) IN A STRUCTURE OF A HOPKINSON BAR (1), WITH THE INTENDED TO REPLACE THE TRADITIONAL COMPRESSED AIR TRIGGERS. THROUGH A POWER BANK (2) ELECTRICAL DISCHARGE IS POSSIBLE, WHICH WILL MAKE THE ELECTROMAGNETIC ACTUATOR TRANSMIT MOVEMENT TO THE PROJECTILE BAR (4).

Description

Descrição Máquina de Ensaios de Hopkinson por Impulsão Electromagnética Domínio Técnico da InvençãoDescription Hopkinson Assay Machine by Electromagnetic Drive Technical Field of the Invention

Barra de Hopkinson / Actuadores Electromagnéticos / Ensaios de ImpactoHopkinson Bar / Electromagnetic Actuators / Impact Testing

Introdução 0 presente invento propõe a introdução de sistemas de impulsão electromagnética na máquina de ensaios de Hopkinson, apresentando em particular a introdução dos sistemas de relutância magnética. É apresentado um protótipo funcional através do qual é possível comprovar a aplicabilidade e o sucesso deste novo conceito. 0 conceito aqui apresentado e a respectiva implementação, tanto quanto os autores conhecem, nunca foram relatados noutros trabalhos relacionados com a máquina de ensaios de Hopkinson. A máquina de ensaios de Hopkinson é utilizada na caracterização mecânica de materiais a elevada velocidade de deformação Na sua configuração típica, a máquina é constituída por duas barras cilíndricas (barra incidente e transmissora), entre as quais é colocado um provete do material a ensaiar. Esta máquina é accionada por um sistema impulsor de ar-comprimido que é utilizado para acelerar um projéctil contra a barra incidente. 0 ar-comprimido é fornecido por um reservatório com pressão controlada para permitir ajustar a velocidade do ensaio. 0 sistema de impulsão do projéctil por ar-comprimido baseia-se no princípio da expansão de gases, cujos fundamentos estão perfeitamente estabelecidos e de fácil implementação 1 experimental. No entanto, a velocidade do projéctil aumenta numa proporção menor do que a pressão do gás no interior do reservatório, conduzindo à utilização de pressões elevadas para atingir velocidades de disparo significativas. A presente invenção consiste na substituição do sistema impulsor de ar-comprimido na máquina de ensaio de Hopkinson por um novo sistema baseado na impulsão electromagnética. Podem ser utilizadas métodos distintos para a aceleração electromagnética da barra projéctil. Esta alteração proporciona inúmeras vantagens relativamente aos tradicionais disparadores pneumáticos, tais como: a) Reduzir o comprimento global relativamente aos equipamentos de impulsão pneumática. Isto acontece em virtude da elevada aceleração, por acção electromagnética, permitindo atingir as velocidades típicas do ensaio de Hopkinson numa distância percorrida pela barra projéctil significativamente menor. b) Minimizar as vibrações típicas das máquinas de actuação pneumática. Isto acontece em virtude da eliminação das válvulas de pressão, das ondas de pressão derivadas da expansão do ar-comprimido e do contacto entre a barra projéctil e o sistema de disparo pneumático. A minimização de vibrações é importante para a qualidade do ensaio de caracterização de materiais. c) Através de um banco de potência capacitivo, é possível o controlo dos principais parâmetros eléctricos, permitindo uma definição precisa da energia armazenada. Desta forma é 2 possível ajustar com precisão e repetibilidade a velocidade e a energia da barra projéctil. d) Recorrendo também ao banco de potência capacitivo, é possível o armazenamento de energia a qual permite elevar a velocidade e a energia da barra projéctil para valores superiores aos alcançáveis nas máquinas de ensaios de Hopkinson de impulsão pneumática.The present invention proposes the introduction of electromagnetic drive systems in the Hopkinson test machine, particularly introducing the introduction of magnetic reluctance systems. A functional prototype is presented through which it is possible to prove the applicability and success of this new concept. The concept presented here and its implementation, as far as the authors know, have never been reported in other works related to the Hopkinson test machine. The Hopkinson test machine is used in the mechanical characterization of materials at high deformation speed. In its typical configuration, the machine consists of two cylindrical bars (incident and transmitting bar), between which a test piece of the test material is placed. This machine is driven by an air-compressed impeller system that is used to accelerate a projectile against the incident bar. The compressed air is supplied by a reservoir under controlled pressure to allow adjusting the speed of the test. The air-compressed projectile propulsion system is based on the principle of gas expansion, whose fundamentals are perfectly established and easily implemented experimentally. However, the velocity of the projectile increases at a ratio less than the gas pressure within the reservoir, leading to the use of high pressures to achieve significant firing rates. The present invention consists in replacing the compressed air impeller system in the Hopkinson test machine with a new electromagnetic drive system. Different methods can be used for the electromagnetic acceleration of the projectile bar. This change offers numerous advantages over traditional pneumatic triggers, such as: (a) Reducing the overall length of pneumatically driven equipment. This is due to the high acceleration, by electromagnetic action, allowing to reach the speeds typical of the Hopkinson test in a distance covered by the significantly smaller projectile bar. b) Minimize the vibrations typical of pneumatic actuators. This is due to the elimination of the pressure valves, the pressure waves derived from the expansion of the compressed air and the contact between the projectile bar and the pneumatic firing system. Minimizing vibration is important for the quality of the material characterization test. c) Through a bank of capacitive power, it is possible to control the main electrical parameters, allowing a precise definition of the stored energy. In this way it is possible to precisely and repeatably adjust the velocity and the energy of the projectile bar. d) Using the capacitive bank, it is possible to store the energy which allows the velocity and the energy of the projectile bar to be higher than those achievable in the Hopkinson pneumatic drive test machines.

Evolução histórica A ideia de usar uma barra de pressão para determinar as propriedades dos materiais foi apresentada pela primeira vez em 1872 por John Hopkinson (1849-1898) [1]. Ele foi capaz de determinar as propriedades do arame de ferro transferindo a energia da queda de um peso para o arame e medindo a deformação do mesmo antes deste quebrar. Só em 1913 este desenvolvimento inicial sofreu evolução, quando o seu filho, Bertram Hopkinson (1874-1918) [2] introduziu uma técnica para determinar as relações temporais da propagação da pressão nas barras, devido ao impacto produzido por uma bala ou explosivo. Na Figura 2 encontra-se um esquema do primeiro aparelho de Bertram Hopkinson desenvolvido em 1914 [3]. 0 método consistia em usar uma barra (B) suspensa por dois conjuntos de arames, alinhada com uma caixa (D) que estava igualmente suspensa. Uma pequena secção da barra (C) foi colocada no final da barra principal e segura no sitio por uma pequena força magnética. Uma bala (A) foi então disparada no final da barra comprida causando uma onda de pressão que foi transmitida à outra barra. A onda viajou ao longo da barra mais comprida até à barra mais curta causando o voo da 3 mesma para dentro da caixa. Os deslocamentos da caixa e da barra eram medidos por um sistema de deslocamento, e embora os instrumentos de medição da época apresentassem um baixo desempenho, era possível estimar o cálculo do momento linear.Historical evolution The idea of using a pressure bar to determine the properties of materials was first presented in 1872 by John Hopkinson (1849-1898) [1]. It was able to determine the properties of the iron wire by transferring the energy from the drop of a weight to the wire and measuring the deformation of the wire before this break. It was not until 1913 that this initial development evolved, when his son, Bertram Hopkinson (1874-1918) [2] introduced a technique to determine the temporal relations of pressure propagation in the bars due to the impact produced by a bullet or explosive. Figure 2 shows a schematic of the first Bertram Hopkinson apparatus developed in 1914 [3]. The method consisted in using a bar (B) suspended by two sets of wires, aligned with a carton (D) which was likewise suspended. A small section of bar (C) was placed at the end of the main bar and held in place by a small magnetic force. A bullet (A) was then fired at the end of the long bar causing a pressure wave which was transmitted to the other bar. The wave traveled along the longer bar to the shorter bar causing the same wave to fly into the box. The displacements of the box and the bar were measured by a displacement system, and although the instruments of measurement of the time presented a low performance, it was possible to estimate the calculation of the linear momentum.

Depois deste primeiro aparelho desenvolvido por Hopkinson, só em 1941 se registaram avanços significativos nesta técnica, quando Dennison Bancroft resolveu a equação de Pochhammer e Love, a qual consistia na determinação da frequência da barra para a velocidade das ondas longitudinais nas barras cilíndricas. Bancroft exprimiu a velocidade das ondas longitudinais nas barras admitindo que estas teriam um comprimento de onda infinito. Em 1948, Davies desenvolveu uma técnica usando condensadores, para medir as deformações existentes na barra. Segundo Davies, a saída dos condensadores é proporcional às relações deslocamento-tempo, que por sua vez são proporcionais às relações de pressão-tempo, assumindo que as barras permanecem em regime elástico durante os ensaios. 0 uso de condensadores nas medições da Barra de Hopkinson proporcionou uma grande evolução na precisão dos resultados obtidos.After this first device developed by Hopkinson, it was only in 1941 that significant advances were made in this technique when Dennison Bancroft solved the Pochhammer and Love equation, which consisted in determining the frequency of the bar for the velocity of the longitudinal waves in the cylindrical bars. Bancroft expressed the velocity of the longitudinal waves in the bars admitting that they would have an infinite wavelength. In 1948, Davies developed a technique using capacitors to measure deformations in the bar. According to Davies, the output of the capacitors is proportional to the displacement-time ratios, which in turn are proportional to the pressure-time ratios, assuming that the bars remain in an elastic regime during the tests. The use of capacitors in the measurements of the Hopkinson Bar provided a great evolution in the precision of the obtained results.

Em 1949, Kolsky, adicionou uma segunda barra ao aparelho original de Hopkinson, que contribuiu para a evolução mecânica do aparelho, introduzindo ainda as equações para calcular as propriedades do material do provete, baseado no historial da extensão das barras. A extensão era medida usando condensadores semelhantes aos usados por Davies. Com esta mudança, a barra de Hopkinson (Hopkinson Bar) passou a ser designada na literatura inglesa por Split Hopkinson Bar. O uso de extensómetros para as medições na Barra de Hopkinson só ocorreu em 1970, quando Hauser adicionou os extensómetros às barras, com o objectivo de medir as 4 deslocações da superfície das mesmas. Actualmente diversos investigadores continuam a estudar os métodos de ensaio com a barra de Hopkinson, com particular incidência nas formas de aquisição de dados, que passam hoje em dia por sistemas ópticos e sistemas laser, entre outros.In 1949 Kolsky added a second bar to Hopkinson's original apparatus, which contributed to the mechanical evolution of the apparatus, and introduced the equations for calculating the properties of the specimen of the specimen, based on the history of the extension of the bars. The extent was measured using capacitors similar to those used by Davies. With this change, the Hopkinson Bar was renamed in the English literature by Split Hopkinson Bar. The use of strain gauges for Hopkinson Bar measurements only occurred in 1970, when Hauser added the strain gauges to the bars, with the to measure the 4 displacements of the surface thereof. Currently several researchers continue to study the Hopkinson bar test methods, with a particular focus on the data acquisition methods, which are nowadays used by optical systems and laser systems, among others.

Principio de funcionamento 0 ensaio de Hopkinson é o método mais comum para testar materiais a médias e a elevadas velocidade de deformação. A Figura 3.a) apresenta um esquema muito simples do funcionamento do ensaio de Hopkinson. 0 funcionamento deste aparelho consiste em disparar a barra projéctil, com velocidades entre os 2.5 e os 20 m/s, contra a barra incidente. Este impacto provoca uma onda de pressão elástica compressiva que se propaga ao longo da barra incidente até à interface com o material a ensaiar. Uma vez aí, a onda de pressão provoca uma deformação plástica no provete cilíndrico, previamente colocado entre as barras, sendo que parte desta onda é então transmitida para a barra transmissora e, outra parte é reflectida para a barra incidente. Todos estes impulsos são medidos pelos extensómetros A e B.Principle of operation The Hopkinson test is the most common method for testing materials at medium and high strain rates. Figure 3 (a) shows a very simple scheme for the operation of the Hopkinson assay. The operation of this device consists in firing the projectile bar, with speeds between 2.5 and 20 m / s, against the incident bar. This impact causes a compressive elastic pressure wave propagating along the incident bar to the interface with the material being tested. Once there, the pressure wave causes a plastic deformation in the cylindrical specimen, previously placed between the bars, where part of this wave is then transmitted to the transmitting bar and another part is reflected to the incident bar. All these pulses are measured by extensometers A and B.

Os sinais adquiridos por estes encontram-se representados na Figura 3.b) . A linha azul representa a evolução da onda de pressão na barra incidente, e a linha vermelha a informação respeitante à barra transmissora. Os sinais obtidos são depois amplificados e apresentados num osciloscópio. Através da manipulação matemática destas medições de extensão nas barras, será possível então calcular a tensão σ, a extensão ε e a m velocidade de deformação ε. 5The signals acquired by these are represented in Figure 3.b). The blue line represents the evolution of the pressure wave in the incident bar, and the red line represents the information regarding the transmit bar. The obtained signals are then amplified and displayed on an oscilloscope. Through the mathematical manipulation of these extension measurements in the bars, it will be possible to calculate the strain σ, the strain ε and the strain velocity ε. 5

Aplicações do ensaio de Hoplcinson 0 ensaio de Hopkinson é geralmente utilizado em centro de investigação como técnica de caracterização de materiais, são exemplo disso ([5] [6] [7]). É possível encontrar exemplos destes aparelhos, no Naval Surface Warfare Center (Virgínia) e na University of Arizona nos EUA, respectivamente. No Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade de Notre Dame em Indiana (EUA), têm sido realizados ensaios de Hopkinson modificados com o objectivo de determinar campos de temperatura ([8] [9]). É de referir que em todos os centros de investigação a máquina de ensaios de Hopkinson utiliza um sistema impulsor de ar-comprimido.Applications of the Hoplcinson assay The Hopkinson assay is generally used in research as a technique of characterization of materials, are an example of this ([5] [6] [7]). Examples of such devices can be found at the Naval Surface Warfare Center (Virginia) and the University of Arizona in the USA, respectively. In the Department of Mechanical and Aerospace Engineering of the University of Notre Dame in Indiana (USA), modified Hopkinson assays have been carried out with the objective of determining temperature fields ([8] [9]). It should be noted that in all research centers the Hopkinson test machine uses an air-compressed impeller system.

Descrição PormenorizadaDetailed Description

Quando um corpo está na influência de um campo electromagnético transiente, desenvolvem-se forças que tendem a actuá-lo. A resposta a essa solicitação dependerá das características físicas do corpo e dos parâmetros do campo electromagnético. Deste modo, quando os parâmetros estão devidamente calibrados, é possível realizar um ajuste preciso da aceleração que anima o corpo com elevada repetibilidade.When a body is in the influence of a transient electromagnetic field, forces develop that tend to act it. The response to this request will depend on the physical characteristics of the body and the parameters of the electromagnetic field. In this way, when the parameters are properly calibrated, a precise adjustment of the acceleration that animates the body with high repeatability is possible.

Uma das principais vantagens em introduzir a impulsão electromagnética no ensaio de Hopkinson está relacionada com a ausência de sistemas mecânicos, evitando a propagação de vibrações (típicas da abertura das válvulas pneumáticas ou do 6 roçamento da barra projéctil no sistema de disparo). As caracteristicas autocentrantes do campo magnético permite eliminar o contacto entre a barra projéctil e os elementos de guiamento, evitando-se assim perdas por atrito ou a geração de vibrações. Ainda, e não menos importante, a velocidade da barra projéctil típica dos ensaios de Hopkinson é alcançada após distâncias relativamente pequenas devido à elevada aceleração que anima o corpo, contribuindo para a redução do comprimento global desta máquina de ensaios. Permitindo obter velocidades relativamente mais elevadas em comparação com outros sistemas utilizados nestas máquinas de ensaios. A máquina de ensaios de Hopkinson proposta é composta pelos seguintes elementos (Figura 4): 1) Estrutura 2) Banco de potência 3) Actuador electromagnético 4) Barra projéctil 5) Barra incidente 6) Barra transmissora 7) Suporte barras 8) Dissipador de energia 9) Extensómetros A impulsão electromagnética poderá ser implementada através de vários métodos, os quais recorrem a diferentes princípios do electromagnetismo, que estão essencialmente dependentes das propriedades do material e da geometria do projéctil a ser acelerado. Na literatura da especialidade podem ser identificados diversos métodos, como por exemplo o disparador de indução, o 7 disparador lateral de discos, o disparador de Thompson, o disparador de bobinas, o disparador de carril, disparador de relutância magnética, etc. ([10]). De entre estes métodos, foi eleito o disparador de relutância magnética para a implementação na máquina de ensaios de Hopkinson devido à adaptabilidade geométrica entre o sistema utilizado e a geometria da barra projéctil, e ainda devido a maior eficiência relativa na transferência da energia electromagnética em cinemática da barra projéctil. Este sistema apresenta ainda características que facilitam o seu desenvolvimento e adaptação na máquina de ensaios de Hopkinson. Desta forma foi possível comprovar as vantagens da aplicação de um sistema de impulsão electromagnética numa barra de Hopkinson.One of the main advantages of introducing the electromagnetic impulse in the Hopkinson test is related to the absence of mechanical systems, avoiding the propagation of vibrations (typical of the opening of the pneumatic valves or of the projectile bar in the firing system). The self-centering characteristics of the magnetic field enable the contact between the projectile bar and the guiding elements to be eliminated, thus avoiding frictional losses or vibration generation. Still, and not least, the velocity of the typical projectile bar of Hopkinson's tests is achieved after relatively short distances due to the high acceleration animating the body, contributing to the reduction of the overall length of this testing machine. Allowing for relatively higher speeds compared to other systems used in these test machines. The proposed Hopkinson test machine consists of the following elements (Figure 4): 1) Structure 2) Power Bank 3) Electromagnetic Actuator 4) Projectile Bar 5) Incident Bar 6) Transmitter Bar 7) Bar Support 8) Power Sink 9) Extensometers The electromagnetic impulse can be implemented through several methods, which resort to different principles of electromagnetism, which are essentially dependent on the properties of the material and the geometry of the projectile to be accelerated. In the literature of the specialty can be identified several methods, such as induction trigger, side disc trigger, Thompson trigger, coil trigger, rail trigger, magnetic reluctance trigger, etc. ([10]). Among these methods, the magnetic reluctance trigger was chosen for the implementation in the Hopkinson test machine due to the geometric adaptability between the system used and the projectile bar geometry, and also due to the greater relative efficiency in the transfer of the electromagnetic energy in kinematics of the projectile bar. This system also presents features that facilitate its development and adaptation in the Hopkinson test machine. In this way it was possible to prove the advantages of the application of an electromagnetic impulse system in a Hopkinson bar.

Um disparador de relutância magnética é caracterizado essencialmente por uma bobine de geometria adequada (Figura 5) e por uma unidade de potência eléctrica capacitiva. A passagem dum impulso de corrente eléctrica pela bobine permite gerar um campo electromagnético de elevada intensidade, o qual promove a aceleração de materiais ferromagenticos. A bobine é em geral suportada numa guia tubular de elevada permeabilidade magnética, que também permite o apoio inicial da barra projéctil (o efeito autocentrante elimina o contacto durante o disparo).A magnetic reluctance trigger is essentially characterized by a coil of suitable geometry (Figure 5) and by a capacitive electrical power unit. The passage of an electric current impulse through the coil allows the generation of a high intensity electromagnetic field, which promotes the acceleration of ferromagnetic materials. The coil is generally supported on a tubular guide of high magnetic permeability, which also allows the initial support of the projectile bar (the self-centering effect eliminates contact during firing).

Quando um projéctil de material ferromagnético está na zona de interferência do campo electromagnético gerado pela bobina adquire uma polarização inversa, sendo o pólo induzido atraído pelo pólo indutor oposto, resultando na aceleração do projéctil no sentido do centro da bobina (independentemente do sentido da corrente). A força que acelera o projéctil pode ser descrita em função da intensidade do campo magnético e da posição relativa 8 entre a barra projéctil e a bobine (Equação 1) . A força sentida na barra projéctil pode ser aumentada através do aumento do número de espiras, da intensidade de corrente que as percorre ou aumentando a densidade das linhas de campo magnético. Este último parâmetro pode ser controlado através da introdução de um escudo magnético, onde um material de elevada condutibilidade magnética permite conduzir as linhas de fluxo magnético de forma a concentrá-las de forma mais adequada. F =When a projectile of ferromagnetic material is in the zone of interference of the electromagnetic field generated by the coil it acquires an inverse polarization, the induced pole being attracted by the opposite inductor pole, resulting in the acceleration of the projectile in the direction of the center of the coil (independently of the direction of the current) . The force that accelerates the projectile can be described as a function of the strength of the magnetic field and the relative position 8 between the projectile bar and the coil (Equation 1). The force felt in the projectile bar can be increased by increasing the number of turns, the current intensity that travels them or increasing the density of the magnetic field lines. This latter parameter can be controlled by the introduction of a magnetic shield, where a material of high magnetic conductivity allows to conduct the lines of magnetic flux in order to concentrate them more adequately. F =

άφ dxάφ dx

(D 0 novo conceito apresentado neste pedido de patente foi implementado através do desenvolvimento de um protótipo funcional da máquina de ensaios de Hopkinson com actuação electromagnética (Figura 6). Os ensaios realizados permitiram comprovar as afirmações apresentadas neste documento.The novel concept presented in this patent application was implemented by the development of a functional prototype of the Hopkinson test machine with electromagnetic actuation (Figure 6). The tests performed have been able to prove the statements presented in this document.

Legenda das FigurasCaption of Figures

Figura 1 - Esquema da Máquina de ensaios de Hopkinson por impulsão electromagnética com a nomenclatura dos vários componentes constituintes; 1) Estrutura, 2) Banco de potência, 3) Actuador electromagnético, 4) Barra projéctilFigure 1 - Schematic of the Hopkinson Electromagnetic Impulse Machine with the nomenclature of the various constituent components; 1) Structure, 2) Power bank, 3) Electromagnetic actuator, 4) Projectile bar

Figura 2 - Esquema do primeiro aparelho de Hopkinson de 1914 [3];Figure 2 - Schematic of the first Hopkinson apparatus of 1914 [3];

Figura 3 - Ensaios de Hopkinson (a) Esquema do funcionamento da Barra de Hopkinson; (b) Sinais obtidos na aquisição de dados [4]; 9Figure 3 - Hopkinson's Essays (a) Hopkinson Bar Scheme; (b) Signals obtained in data acquisition [4]; 9

Figura 4 - Esquema da Máquina de ensaios de Hopkinson por impulsão electromagnética com a nomenclatura dos vários componentes constituintes; 1) Estrutura, 2) Banco de potência, 3) Actuador electromagnético, 4) Barra projéctil, 5) Barra incidente, 6) Barra transmissora, 7) Suporte barras, 8) Dissipador de energia, 9) Extensómetros,Figure 4 - Schematic of the Hopkinson Electromagnetic Impulse Machine with the nomenclature of the various constituent components; 1) Structure, 2) Power Bank, 3) Electromagnetic Actuator, 4) Projectile Bar, 5) Incident Bar, 6) Transmitter Bar, 7) Bar Support, 8) Power Sink, 9)

Figura 5 - Esquema de disparador de relutância magnética [10];Figure 5 - Magnetic reluctance trigger scheme [10];

Referências [1] http://www-g.eng.cam.ac.uk/125/noflash/1875-1900/hopkinson j ohn.html; [2] http://www-g.eng.cam.ac.uk/125/noflash/1900-1925/ hopkinson .html; [3] SALISBURY, Christopher, MSC Thesis, Spectral Analysis of Wave Propagation Through aPolymeric Hopkinson Bar, Ontario (Canada), 2001; [4] http://www.tut.fi/units/ms/elm/laitteet/hopkinson(eng).htm [5] http://www.ame.arizona.edu/research/wchen/; [6] KAISER, Michael Adam, MSc Thesis, Advancements in the Split Hopkinson Bar Test, Virgínia (USA), 1998; [7] http://www.tut.fi/units/ms/elm/laitteet/hopkinson(eng).htm; [8] http://www.nd.edu/~kvernaza/mason poster2.pdf; [9] K. M. Vernaza-Pena, J. J. Mason, M. Li, Experimental Study of the Temperature Fiel d Generated During Orthogonal Machining of an Aluminum Alloy, Experimental Mechanics, 2002, Vol. 42, N°2; [ 10] http://www.coilgun.eclipse.co.ukReferences [1] http://www-g.eng.cam.ac.uk/125/noflash/1875-1900/hopkinson j ohn.html; [2] http://www-g.eng.cam.ac.uk/125/noflash/1900-1925/ hopkinson .html; [3] SALISBURY, Christopher, MSC Thesis, Spectral Analysis of Wave Propagation Through aPolymeric Hopkinson Bar, Ontario (Canada), 2001; [4] http://www.tut.fi/units/ms/elm/laitteet/hopkinson(eng).htm [5] http://www.ame.arizona.edu/research/wchen/; [6] KAISER, Michael Adam, MSc Thesis, Advances in the Split Hopkinson Bar Test, Virginia (USA), 1998; [7] http://www.tut.fi/units/ms/elm/laitteet/hopkinson(eng).htm; [8] http://www.nd.edu/~kvernaza/mason poster2.pdf; [9] K. M. Vernaza-Pena, J. J. Mason, M. Li, Experimental Study of the True Temperature Generated During Orthogonal Machining of an Aluminum Alloy, Experimental Mechanics, 2002, Vol. 42, No. 2; [10] http://www.coilgun.eclipse.co.uk

Lisboa, 01 de Setembro de 2008. 10Lisbon, September 01, 2008. 10

Claims (5)

Reivindicações 1. Máquina de ensaios de Hopkinson por impulsão electromagnética, caracterizada por possuir um sistema de impulsão electromagnética, utilizado no accionamento da barra projéctil.Hopkinson Electromagnetic Impulse Testing Machine, characterized in that it has an electromagnetic drive system, which is used to actuate the projectile bar. 2. Máquina de ensaios de Hopkinson por impulsão electromagnética, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por possuir um comprimento global mais reduzido relativamente aos equipamentos de impulsão pneumática, com elevada aceleração, por acção electromagnética, para atingir as velocidades típicas do ensaio de Hopkinson numa distância percorrida pela barra projéctil significativamente menor.Hopkinson Electromagnetic Impulse Testing Machine according to Claim 1, characterized in that it has a reduced overall length with respect to the high acceleration electromagnetic drive equipment to achieve the speeds typical of the Hopkinson test at a distance traveled by the significantly smaller projectile bar. 3. Máquina de ensaios de Hopkinson por impulsão electromagnética, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por minimizar as vibrações típicas das máquinas de actuação pneumática, através da eliminação das válvulas de pressão, das ondas de pressão derivadas da expansão do ar-comprimido e do contacto entre a barra projéctil e o sistema de disparo pneumáticoHopkinson Electromagnetic Impulse Testing Machine according to Claim 1, characterized in that it minimizes the vibrations typical of pneumatic actuation machines by eliminating the pressure valves, the pressure waves derived from the expansion of the compressed air and of the contact between the projectile bar and the pneumatic firing system 4. Máquina de ensaios de Hopkinson por impulsão electromagnética, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por possuir um banco de potência capacitivo para o controlo dos principais parâmetros eléctricos e definição precisa da energia armazenada, ajustando assim com precisão e repetibilidade a velocidade e a energia da barra projéctil.Hopkinson Electromagnetic Impulse Testing Machine according to Claim 1, characterized in that it has a capacitive power bank for the control of the main electrical parameters and precise definition of the stored energy, thus accurately and repeatably adjusting the speed and energy of the projectile bar. 5. Máquina de ensaios de Hopkinson por impulsão electromagnética, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por possuir um 1 banco de potência capacitivo onde o armazenamento de energia eleva a velocidade e a energia da barra projéctil para valores superiores aos alcançáveis nas máquinas de ensaios de Hopkinson de impulsão pneumática. Lisboa, 01 de Setembro de 2008. 2Hopkinson Electromagnetic Impulse Testing Machine according to Claim 1, characterized in that it has a capacitive power bank where the energy storage raises the speed and energy of the projectile bar to values greater than those achievable on the test machines of Hopkinson of pneumatic impulsion. Lisbon, September 01, 2008. 2
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