RU163845U1

RU163845U1 - DEVICE FOR RESEARCH OF CAVITATIONAL STRENGTH OF MATERIALS

Info

Publication number: RU163845U1
Application number: RU2016103988/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Хмелёв; Юрий Михайлович Кузовников; Сергей Николаевич Цыганок; Максим Владимирович Хмелёв; Сергей Сергеевич Хмелёв; Владислав Анатольевич Шакура
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Центр ультразвуковых технологий АлтГТУ"
Priority date: 2016-02-08
Filing date: 2016-02-08
Publication date: 2016-08-10

Abstract

Устройство для исследования кавитационной прочности материалов, состоящее из генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты и ультразвуковой колебательной системы со сменным рабочим инструментом, отличающееся тем, что генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты снабжается узлом контроля тока, являющегося разницей между полным током и его емкостной составляющей, и узлом его стабилизации на установленном уровне амплитуды механических колебаний торцевой поверхности рабочего инструмента при использовании инструментов из различного материала, ультразвуковая колебательная система выполнена в виде последовательно размещенных, механически и акустически связанных между собой пьезоэлектрического преобразователя, промежуточного бустерного звена, концентратора механических колебаний и рабочего инструмента диаметром d и снабжена держателем исследуемых на кавитационную прочность образцов материалов, пьезоэлектрический преобразователь состоит из четного количества пьезоэлементов кольцевой формы с внешним диаметром D и внутренним диаметром, не превышающим диаметр инструмента d, и двух частотно-понижающих металлических накладок, промежуточное бустерное звено выполняется в форме цилиндра, диаметром D, имеющего буртик на цилиндрической поверхности, выполняемый на равном удаление от его торцевых поверхностей, на буртике размещается фланцевое крепление держателя исследуемых образцов, концентратор механических колебаний выполняется из металла в виде цилиндра переменного диаметра, изменяющегося вдоль осевой линии от диаметра пьезопреобразователя D до диаметра инструмента d,A device for studying the cavitational strength of materials, consisting of an ultrasonic frequency generator of ultrasonic frequency and an ultrasonic oscillating system with a replaceable working tool, characterized in that the generator of ultrasonic frequency electric oscillations is equipped with a current monitoring unit, which is the difference between the total current and its capacitive component, and its unit stabilization at a set level of the amplitude of mechanical vibrations of the end surface of the working tool when using and instruments of various materials, the ultrasonic vibrating system is made in the form of a piezoelectric transducer sequentially placed mechanically and acoustically interconnected, an intermediate booster unit, a mechanical vibrations concentrator and a working tool with a diameter d and equipped with a holder of samples of materials studied for cavitation strength, the piezoelectric transducer consists of an even the number of piezoelectric elements of a ring shape with an outer diameter D and an inner diameter not exceeding the diameter of the tool d and two frequency-lowering metal plates, the intermediate booster is made in the form of a cylinder, with a diameter D having a shoulder on a cylindrical surface, performed at equal distance from its end surfaces, a flange mount of the holder of the samples under study is placed on the shoulder, a mechanical vibration concentrator is made of metal in the form of a cylinder of variable diameter, varying along the axial line from the diameter of the piezoelectric transducer D to the diameter of the instrument d,

Description

Предлагаемое техническое решение - полезная модель относится к области ультразвуковой техники, а именно к устройствам для создания кавитации на поверхности различных материалов и может быть использовано для исследования кавитационного разрушения материалов и определения стойкости различных материалов к воздействию эрозионных процессов кавитации.The proposed technical solution - a utility model relates to the field of ultrasonic technology, namely, devices for creating cavitation on the surface of various materials and can be used to study cavitation destruction of materials and determine the resistance of various materials to the effects of erosion cavitation processes.

При различных воздействиях на жидкие среды возникает кавитация, обеспечивающая разрушение твердых тел в жидкостях [1].With various effects on liquid media, cavitation occurs, which ensures the destruction of solids in liquids [1].

Явление кавитации заключается в образовании полостей в жидкости там, где происходит местное понижение давления. Энергия взрывающихся пузырьков вызывает разрушение большинства из известных материалов. После такого воздействия отдельные узлы и элементы механизмов перестают выполнять свои функции, приводя к разрушению машин и механизмов.The cavitation phenomenon is the formation of cavities in the fluid where local pressure reduction occurs. The energy of exploding bubbles causes the destruction of most of the known materials. After such an impact, individual nodes and elements of the mechanisms cease to fulfill their functions, leading to the destruction of machines and mechanisms.

Для определения предельных сроков эксплуатации отдельных узлов машин и механизмов, подвергаемых кавитационному воздействию, необходимо наличие знаний о кавитационной стойкости (прочности) различных материалов.To determine the maximum service life of individual components of machines and mechanisms subjected to cavitation, knowledge of the cavitation resistance (strength) of various materials is necessary.

В соответствии с требованиями стандарта ASTM G32-10 «Стандартный метод испытаний кавитационной эрозии» рекомендовано использовать устройство в виде ультразвукового аппарата, характеризующегося определенными конструктивными и техническими параметрами.In accordance with the requirements of ASTM G32-10 Standard Test Method for Cavitation Erosion Testing, it is recommended to use the device in the form of an ultrasound apparatus, characterized by certain structural and technical parameters.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для исследования кавитационной прочности материалов, описанное в стандарте ASTM G32-10 [2] и принятое за прототип.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a device for studying the cavitational strength of materials described in ASTM G32-10 [2] and adopted as a prototype.

Устройство для исследования кавитационной прочности, принятое за прототип состоит из генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты и ультразвуковой колебательной системы со сменным рабочим инструментом.A device for studying cavitation strength, taken as a prototype, consists of an ultrasonic frequency generator of ultrasonic vibrations and an ultrasonic oscillatory system with a replaceable working tool.

В прототипе использован электромеханический преобразователь (пьезоэлектрический или магнитострикционный) и сменный рабочий инструмент, который может выполняться из различных металлов, подвергаемых исследованию на кавитационную прочность.The prototype uses an electromechanical transducer (piezoelectric or magnetostrictive) and a replaceable working tool, which can be made of various metals that are subjected to a study of cavitation strength.

В случае исследования кавитационной прочности материалов, из которых невозможно сделать рабочий инструмент колебательной системы (полимеры, износостойкие диэлектрики, керамики, резины, полиуретан и др.) используется любой из сменных рабочих инструментов, а исследуемый материал размещают перед излучающей поверхностью инструмента на некотором расстоянии.In the case of studying the cavitational strength of materials from which it is impossible to make a working tool of an oscillatory system (polymers, wear-resistant dielectrics, ceramics, rubbers, polyurethane, etc.), any of the replaceable working tools is used, and the studied material is placed in front of the radiating surface of the tool at a certain distance.

Устройство для исследования кавитационной прочности материалов, принятое за прототип, имеет следующие существенные недостатки:A device for studying the cavitational strength of materials, taken as a prototype, has the following significant disadvantages:

1. Проведение исследований кавитационной прочности различных материалов осуществляется при различных интенсивностях излучения, поскольку длина инструментов из различных исследуемых материалов выбирается без учета влияния их массы на резонансную частоту и на согласование с преобразователем. Проведение таких исследований при различной по интенсивности излучения снижает точность определения массы кавитационного разрушения и снижает точность определения кавитационной прочности материалов.1. Conducting studies of the cavitational strength of various materials is carried out at different radiation intensities, since the length of the instruments from various materials to be studied is selected without taking into account the influence of their mass on the resonant frequency and on coordination with the converter. Carrying out such studies with radiation of varying intensities reduces the accuracy of determining the mass of cavitation failure and reduces the accuracy of determining the cavitation strength of materials.

2. Интенсивность излучения в известном устройстве может изменяться в процесс исследований из-за изменений условий эксплуатации (температуры, давления, газосодержания в жидкости, частоты и т.п.), приводящих к изменению собственной резонансной частоты ультразвуковой колебательной системы и рассогласованию с электронным генератором из-за возможных и реально существующих изменений амплитуды колебаний инструментов.2. The radiation intensity in the known device may vary during the research process due to changes in operating conditions (temperature, pressure, gas content in the liquid, frequency, etc.), leading to a change in the natural resonant frequency of the ultrasonic vibrating system and mismatch with the electronic generator from -for possible and really existing changes in the amplitude of oscillations of the instruments.

3. Отсутствие специальной крепежной системы не позволяет присоединять к устройству узел исследования кавитационной прочности материалов, не пригодных для создания рабочих инструментов, и выдерживать заданное расстояние между его излучающей поверхностью и исследуемым материалом (при исследовании кавитационной прочности материалов, из которых не представляется возможным выполнить рабочий инструмент), что обуславливает снижение точности контроля кавитационного разрушения.3. The absence of a special fixing system does not allow to attach to the device a unit for studying the cavitational strength of materials unsuitable for creating working tools, and to maintain a predetermined distance between its radiating surface and the material being studied (when studying the cavitational strength of materials from which it is not possible to make a working tool ), which leads to a decrease in the accuracy of control of cavitation destruction.

Выявленные недостатки прототипа являются причиной получения недостоверных результатов исследований и исключают возможность принятия правильных решений при выборе материалов для эксплуатации в условиях кавитационного воздействия.Identified disadvantages of the prototype are the reason for the unreliable research results and exclude the possibility of making the right decisions when choosing materials for operation under conditions of cavitation.

В предлагаемом устройстве решается задача по устранению недостатков существующего устройства для исследования кавитационной прочности материалов и созданию устройства, способного обеспечить высокую эффективность (точность, надежность) определения кавитационной прочности различных материалов, предназначенных для эксплуатации в условиях кавитационного воздействия.The proposed device solves the problem of eliminating the shortcomings of the existing device for studying the cavitational strength of materials and creating a device that can provide high efficiency (accuracy, reliability) for determining the cavitational strength of various materials intended for use under cavitation conditions.

Технический результат, достигаемый предлагаемым техническим решением, выражается в повышении достоверности результатов исследований и обеспечении возможности принятия правильных решений при выборе материалов для эксплуатации в условиях кавитационного воздействия.The technical result achieved by the proposed technical solution is expressed in increasing the reliability of research results and making it possible to make the right decisions when choosing materials for operation under cavitation conditions.

Суть предлагаемого технического решения заключается в том, что в известном устройстве для исследования кавитационной прочности материалов, состоящем из генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты и ультразвуковой колебательной системы со сменным рабочим инструментом, генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты снабжается узлом контроля тока, являющегося разницей между полным током и его емкостной составляющей, и узлом его стабилизации на установленном уровне амплитуды механических колебаний торцевой поверхности рабочего инструмента при использовании инструментов из различного материала, ультразвуковая колебательная система выполнена в виде последовательно размещенных, механически и акустически связанных между собой пьезоэлектрического преобразователя, промежуточного бустерного звена, концентратора механических колебаний и рабочего инструмента диаметром d и снабжена держателем исследуемых на кавитационную прочность образцов материалов, пьезоэлектрический преобразователь состоит из четного количества пьезоэлементов кольцевой формы с внешним диаметром D и внутренним диаметром, не превышающим диаметра инструмента d, и двух частотно понижающих металлических накладок. Промежуточное бустерное звено выполняется в форме цилиндра, диаметром D, имеющего буртик на цилиндрической поверхности, выполняемый на равном удалении от его торцевых поверхностей, на буртике размещается фланцевое крепление держателя исследуемых образцов, концентратор механических колебаний выполняется из металла в виде цилиндра переменного диаметра, изменяющегося вдоль осевой линии от диаметра пьезопреобразователя D до диаметра инструмента d, величина изменения диаметра цилиндра определяется необходимостью обеспечения амплитуды колебаний торцевой поверхности рабочего инструмента не менее 50 мкм, рабочий инструмент выполняется длиной не более 10 мм для металла минимальной плотности, причем длина рабочего инструмента определяется плотностью металла и уменьшается пропорционально увеличению плотности исследуемого металла. Держатель исследуемых на кавитационную прочность образцов материалов состоит из узла крепления держателя на буртике бустерного звена колебательной системы и соединенного с ним узла крепления исследуемых образцов, размещаемого на заданном расстоянии от торцевой излучающей поверхности рабочего инструмента и имеющего место крепления образца исследуемого материала.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that in the known device for studying the cavitational strength of materials, consisting of an electric oscillator of ultrasonic frequency and an ultrasonic oscillating system with a replaceable working tool, the electric oscillator of ultrasonic frequency is equipped with a current monitoring unit, which is the difference between the total current and its capacitive component, and its stabilization unit at a set level of the amplitude of mechanical vibrations of the end the surface of the working tool when using tools of various materials, the ultrasonic vibrating system is made in the form of a piezoelectric transducer, an intermediate booster link, a mechanical vibration concentrator and a working tool with a diameter of d, arranged mechanically and acoustically, and equipped with a holder for samples of materials studied for cavitation strength, piezoelectric transducer consists of an even number of piezoelectric rings howl shape with an outer diameter D and inner diameter not exceeding the diameter d instrument, and two frequency-lowering metal linings. The intermediate booster link is made in the form of a cylinder, diameter D, having a shoulder on a cylindrical surface, performed at an equal distance from its end surfaces, a flange mount of the sample holder is placed on the shoulder, the mechanical vibration concentrator is made of metal in the form of a cylinder of variable diameter, varying along the axial lines from the diameter of the piezoelectric transducer D to the diameter of the instrument d, the magnitude of the change in the diameter of the cylinder is determined by the need to ensure the amplitude natural oscillations of the tool end surface is not less than 50 microns, the working tool is performed not more than 10 mm to the minimum density of the metal, wherein the working tool is determined by the length and density of the metal decreases in proportion to an increase in the density of the metal. The holder of samples of materials studied for cavitational strength consists of a holder assembly of the holder on the flange of the booster element of the oscillating system and a mounting assembly of the studied samples attached to it, placed at a predetermined distance from the end radiating surface of the working tool and having a sample of the material under study.

Устройство поясняется Фиг. 1, на которой схематично показаны пьезоэлектрическая колебательная система и питающий ее электронный генератор, составляющие устройство для исследования кавитационной прочности материалов.The device is illustrated in FIG. 1, which schematically shows a piezoelectric oscillatory system and an electronic generator feeding it, constituting a device for studying the cavitational strength of materials.

Генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты, выполнен по схеме двухтактного инвертора с управляемым задающим генератором и системой обратной связи [1]. В качестве элемента обратной связи используется пьезоэлектрическая колебательная система. В качестве непрерывно контролируемого параметра используется не только собственная резонансная частота ультразвуковой колебательной системы (изменяемая в соответствии с изменениями параметров материалов системы, материалов и длины инструментов, свойств обрабатываемых сред и т.п.), но и ток механической ветви пьезоэлектрического преобразователя колебательной системы. Током механической ветви называется ток, являющегося разницей между полным током системы и его емкостной составляющей. Величина этого тока пропорциональна амплитуде механических колебаний излучающей поверхности. Поэтому дополнение устройства узлом стабилизации тока механической ветви за счет изменения питающего напряжения позволяет стабилизировать амплитуду механических колебаний торцевой поверхности рабочего инструмента при использовании инструментов из различного материала на установленном уровне.The generator of electrical vibrations of ultrasonic frequency, made according to the scheme of a push-pull inverter with a controlled master oscillator and feedback system [1]. A piezoelectric oscillation system is used as a feedback element. As a continuously monitored parameter, not only the intrinsic resonant frequency of the ultrasonic oscillatory system is used (which is changed in accordance with changes in the parameters of the system materials, materials and tool lengths, properties of the processed media, etc.), but also the current of the mechanical branch of the piezoelectric transducer of the oscillatory system. The current of a mechanical branch is called the current, which is the difference between the total current of the system and its capacitive component. The magnitude of this current is proportional to the amplitude of the mechanical vibrations of the radiating surface. Therefore, the addition of the device by the node stabilizing the current of the mechanical branch by changing the supply voltage makes it possible to stabilize the amplitude of mechanical vibrations of the end surface of the working tool when using tools from various materials at a specified level.

Ультразвуковая колебательная система предназначена для преобразования электрических колебаний ультразвуковой частоты, создаваемых генератором в механические ультразвуковые колебания и их введения в жидкие среды для создания кавитации.The ultrasonic oscillatory system is designed to convert electrical oscillations of ultrasonic frequency generated by the generator into mechanical ultrasonic vibrations and their introduction into liquid media to create cavitation.

Ультразвуковая колебательная система выполнена в виде последовательно размещенных, механически и акустически связанных между собой пьезоэлектрического преобразователя, состоящего из двух частотно понижающих металлических накладок 1 и 3, четного количества пьезоэлементов 2 кольцевой формы с внешним диаметром D и внутренним диаметром, не превышающим диаметра инструмента d, промежуточного бустерного звена 4, концентратора механических колебаний 7 и рабочего инструмента 9 диаметром d и снабжена держателем 8 исследуемых на кавитационную прочность образцов материалов. Промежуточное бустерное звено 4 выполняется в форме цилиндра диаметром D, имеющего буртик 6 на цилиндрической поверхности, выполняемый на равном удалении от его торцевых поверхностей, на буртике размещается фланцевое крепление 5 держателя исследуемых образцов, концентратор механических колебаний 7 выполняется из металла в виде цилиндра переменного диаметра, изменяющегося вдоль осевой линии от диаметра пьезопреобразователя D до диаметра инструмента d, величина изменения диаметра цилиндра определяется необходимостью обеспечения амплитуды колебаний торцевой поверхности рабочего инструмента не менее 50 мкм, рабочий инструмент 9 выполняется длиной не более 10 мм для металла минимальной плотности, причем длина рабочего инструмента определяется плотностью металла и уменьшается пропорционально увеличению плотности исследуемого металла. Держатель 8 исследуемых на кавитационную прочность образцов материалов состоит из узла крепления 5 держателя на буртике 6 бустерного звена ультразвуковой колебательной системы и соединенного с ним узла 12 крепления исследуемого образца 10, размещаемого на заданном расстоянии от торцевой излучающей поверхности и имеющего место крепления 11 образца исследуемого материала.The ultrasonic oscillating system is made in the form of a piezoelectric transducer sequentially placed mechanically and acoustically interconnected, consisting of two frequency-lowering metal plates 1 and 3, an even number of piezoelectric elements 2 of a ring shape with an outer diameter D and an inner diameter not exceeding the diameter of the tool d, intermediate the booster link 4, the hub of mechanical vibrations 7 and the working tool 9 with a diameter of d and is equipped with a holder 8 studied for cavitation chnost material samples. The intermediate booster element 4 is made in the form of a cylinder with a diameter D, having a shoulder 6 on a cylindrical surface, performed at an equal distance from its end surfaces, a flange mount 5 of the holder of the test samples is placed on the shoulder, the mechanical vibration concentrator 7 is made of metal in the form of a cylinder of variable diameter, varying along the center line from the diameter of the piezoelectric transducer D to the diameter of the instrument d, the magnitude of the change in the diameter of the cylinder is determined by the need to ensure amplitudes dy end surface oscillations of the working tool of at least 50 microns, a working tool 9 is performed no longer than 10 mm to the minimum density of the metal, wherein the working tool is determined by the length and density of the metal decreases in proportion to an increase in the density of the metal. The holder 8 of the samples of materials tested for cavitation strength consists of the attachment unit 5 of the holder on the shoulder 6 of the booster element of the ultrasonic oscillating system and the attachment unit 12 of the test sample 10 attached to it, placed at a predetermined distance from the end emitting surface and having the mount 11 of the sample of the studied material.

Конструкция устройства, реализованного на практике, показана на Фиг. 2 (без держателя исследуемых на кавитационную прочность образцов материалов). Пьезоэлектрический преобразователь выполнен из последовательно установленных, механически и акустически связанных тыльной частотнопонижающей накладки 1 (Сталь 45), четырех пьезоэлектрических элементов 2 типоразмером 50×20×6 мм (АРС-844) и рабочей частотнопонижающей накладки 3 (алюминиевый сплав В 95) с выходным диаметром 38 мм. Рабочая частота преобразователя составляет 20,95 кГц. К пьезопреобразователю присоединена (механически и акустически связана) полуволновая проставка 4 (бустерное звено) цилиндрической формы диаметром 38 мм (с переходом через 10 мм от торцевых поверхностей на 41 мм) из титанового сплава ВТ 1-0 с выполненным на равных расстояниях от входного и выходного диаметров пояском для размещения узла крепления колебательной системы 6 на штативе. Бустерное звено не увеличивает амплитуды колебаний, однако, резонансная частота системы преобразователь - бустерное звено становится равной 20,53 кГц.The design of a device implemented in practice is shown in FIG. 2 (without a holder of materials samples tested for cavitation strength). The piezoelectric transducer is made of sequentially installed, mechanically and acoustically connected rear frequency-reducing plates 1 (Steel 45), four piezoelectric elements 2 of a standard size 50 × 20 × 6 mm (ARS-844) and a working frequency-lowering plate 3 (aluminum alloy B 95) with an output diameter 38 mm. The operating frequency of the converter is 20.95 kHz. A half-wave spacer 4 (booster link) of a cylindrical shape with a diameter of 38 mm (with a transition of 10 mm from the end surfaces by 41 mm) of 10 mm titanium alloy VT 1-0 made at equal distances from the input and output is connected to the piezoelectric transducer (mechanically and acoustically connected) diameters of the belt to accommodate the mounting unit of the oscillating system 6 on a tripod. The booster link does not increase the amplitude of the oscillations, however, the resonant frequency of the converter-booster system becomes 20.53 kHz.

К бустеру присоединяется концентратор механических колебаний 7 с переходом ступенчато-радиальной формы с диаметром конечного участка 15,9 мм (коэффициент усиления не менее четырех), к которому посредством резьбового соединения присоединяется рабочий инструмент 9, выполняемый из различных материалов, подвергаемых исследованиям на кавитационную прочность. Собственная рабочая частота колебательной системы с присоединенным концентратором составляет 22,37 кГц (относительная амплитуда 3,9 В). С учетом заполнения резьбового канала концентратора материалом (металлом рабочего инструмента) реальная рабочая частота должна быть несколько ниже и соответствовать частоте в 22,3 кГц.A mechanical oscillation concentrator 7 is connected to the booster with a step-radial transition with a diameter of the final section of 15.9 mm (a gain of at least four), to which, through a threaded connection, a working tool 9 made of various materials subjected to cavitation strength tests is attached. The natural working frequency of the oscillatory system with an attached hub is 22.37 kHz (relative amplitude 3.9 V). Given the filling of the threaded channel of the concentrator with material (metal of the working tool), the real working frequency should be slightly lower and correspond to a frequency of 22.3 kHz.

Устройство работает следующим образом. Генератор вырабатывает электрические колебания для питания пьезопреобразователя. Создаваемые колебательной системой механические колебания ультразвуковой частоты через рабочий инструмент, выполненный из исследуемого материала, вводятся в жидкость. Формируемые в жидкости ультразвуковые колебания создают кавитацию, т.е. образование полостей в жидкости там, где происходит местное понижение давления. При расширении пузырька в стадии разрежения давление газа внутри пузырька понижается, поэтому происходит диффузия растворенного в жидкости газа в кавитационную полость до достижения равновесия. В стадии сжатия происходит схлопывание пузырька с образованием ударных волн. При этом в точке схлопывания резко нарастает давление и генерируется импульс давления, распространяющийся в жидкости. Несмотря на быстрое снижение давления в ударной волне при ее удалении от места возникновения, на расстоянии начального радиуса пузырька (доли миллиметра), она достаточно мощная и вызывает разрушение большинства из известных материалов.The device operates as follows. The generator generates electrical vibrations to power the piezoelectric transducer. The mechanical vibrations of the ultrasonic frequency created by the oscillatory system are introduced into the liquid through a working tool made of the material under study. The ultrasonic vibrations formed in the fluid create cavitation, i.e. the formation of cavities in the fluid where local pressure reduction occurs. When the bubble expands in the rarefaction stage, the gas pressure inside the bubble decreases, therefore, the gas dissolved in the liquid diffuses into the cavitation cavity until equilibrium is reached. In the compression stage, the bubble collapses with the formation of shock waves. In this case, the pressure sharply increases at the collapse point and a pressure pulse propagating in the liquid is generated. Despite the rapid decrease in pressure in the shock wave as it moves away from the place of origin, at a distance of the initial radius of the bubble (a fraction of a millimeter), it is quite powerful and causes the destruction of most of the known materials.

Кроме того, в реальных условиях сферичность кавитационного пузырька нарушается при его подходе к границе раздела фаз жидкость - твердое тело (при условии, что плоскость твердой поверхности превышает размеры пузырька). В начальный момент пузырек слегка деформирован, вследствие чего, при его захлопывании образуется - микроструя жидкости, которая называется кумулятивной струей. Скорость движения микроструи (жидкости) исчисляется десятками и сотнями метров в секунду. Такой удар микроструй о твердую поверхность вызывает разрушение последней.In addition, under real conditions, the sphericity of the cavitation bubble is violated when it approaches the liquid-solid interface (provided that the plane of the solid surface exceeds the size of the bubble). At the initial moment, the bubble is slightly deformed, as a result of which, when it collapses, a micro-jet of liquid is formed, which is called a cumulative jet. The velocity of the microjet (liquid) is tens and hundreds of meters per second. Such a blow of microjets on a hard surface causes the destruction of the latter.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает стабильность кавитации за счет стабильности устанавливаемой амплитуды колебаний инструмнта. Поскольку эрозионная эффективность кавитации зависит от амплитуды колебаний рабочего инструмента, а степень разрушения определяется кавитационной прочностью материалов, устройство обеспечивает повышенную точность определения степени кавитационного разрушения колеблющейся поверхности и позволяет получить достоверные сведения о кавитационной прочности материалов.Thus, the proposed device ensures the stability of cavitation due to the stability of the set amplitude of vibration of the instrument. Since the erosion efficiency of cavitation depends on the amplitude of oscillations of the working tool, and the degree of destruction is determined by the cavitation strength of materials, the device provides increased accuracy in determining the degree of cavitation destruction of an oscillating surface and allows you to obtain reliable information about the cavitation strength of materials.

Разработанное устройство изготовлено и прошло испытания в лабораторных условиях. Серийное производство запланировано на 2016 г. The developed device is manufactured and tested in laboratory conditions. Serial production is scheduled for 2016.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВLIST OF USED SOURCES

1. Хмелев, В.Н. Ультразвук. Аппараты и технологии: монография [Текст] / В.Н. Хмелев, А.В. Шалунов, С.С. Хмелев, С.Н. Цыганок; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2015. - 687 с;1. Khmelev, V.N. Ultrasound. Devices and technologies: monograph [Text] / V.N. Khmelev, A.V. Shalunov, S.S. Khmelev, S.N. Gypsy woman; Alt. state tech. un-t, BTI. - Biysk: Publishing house Alt. state tech. University, 2015 .-- 687 s;

2. ASTM G32-10, Standard Test Method for Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2010, www.astm.org - прототип.2. ASTM G32-10, Standard Test Method for Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2010, www.astm.org - prototype.

Claims

A device for studying the cavitational strength of materials, consisting of an ultrasonic frequency generator of ultrasonic frequency and an ultrasonic oscillating system with a replaceable working tool, characterized in that the generator of ultrasonic frequency electric oscillations is equipped with a current monitoring unit, which is the difference between the total current and its capacitive component, and its unit stabilization at a set level of the amplitude of mechanical vibrations of the end surface of the working tool when using and instruments of various materials, the ultrasonic vibrating system is made in the form of a piezoelectric transducer sequentially placed mechanically and acoustically interconnected, an intermediate booster unit, a mechanical vibrations concentrator and a working tool with a diameter d and equipped with a holder of samples of materials studied for cavitation strength, the piezoelectric transducer consists of an even the number of piezoelectric elements of a ring shape with an outer diameter D and an inner diameter not exceeding the diameter of the tool d and two frequency-lowering metal plates, the intermediate booster is made in the form of a cylinder, with a diameter D having a shoulder on a cylindrical surface, performed at equal distance from its end surfaces, a flange mount of the holder of the samples under study is placed on the shoulder, a mechanical vibration concentrator is made of metal in the form of a cylinder of variable diameter, varying along the axial line from the diameter of the piezoelectric transducer D to the diameter of the instrument d, the magnitude of the change in the cylinder diameter is determined by the need to ensure the amplitude of oscillations of the end surface of the working tool of at least 50 μm, the working tool is made with a length of not more than 10 mm for a metal of minimum density, and the length of the working tool is determined by the density of the metal and decreases in proportion to the increase in the density of the studied metal, the holder of the cavitation the strength of the samples of materials consists of a holder mount on the flange of the booster link of the oscillatory system emy assembly and connected thereto fastening of the samples arranged at a predetermined distance from the radiating end surface and the working tool having a mounting location of the test sample material.