RU2574519C1 - Способ исследования свойств материала при динамическом нагружении - Google Patents
Способ исследования свойств материала при динамическом нагружении Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574519C1 RU2574519C1 RU2014137240/28A RU2014137240A RU2574519C1 RU 2574519 C1 RU2574519 C1 RU 2574519C1 RU 2014137240/28 A RU2014137240/28 A RU 2014137240/28A RU 2014137240 A RU2014137240 A RU 2014137240A RU 2574519 C1 RU2574519 C1 RU 2574519C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- pulse
- dynamic loading
- study
- properties
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000001131 transforming Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000009114 investigational therapy Methods 0.000 claims 1
- 238000005088 metallography Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001902 propagating Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 3
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000002601 radiography Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области испытания материалов, к исследованиям поведения веществ при динамическом воздействии на них и может быть использовано в любой области техники, где необходимо знание, например, прочностных свойств перспективных конструкционных материалов, жидкостей, газов при динамических нагрузках. Сущность: образец исследуемого материала размещают внутри металлической оболочки, которую выполняют в форме кругового усеченного конуса, окруженного слоем взрывчатого вещества (ВВ), в котором инициируют детонацию, распространяющуюся в скользящем режиме по поверхности оболочки, обеспечивая продуктами взрыва ВВ ее перемещение с последующим динамическим нагружением образца, по поведению которого определяют свойства исследуемого материала. Формируют взрывную волну на поверхности инертных слоев, которыми окружают образец, обеспечивая при их прохождении трансформацию ударно-волнового импульса в квазиизэнтропический импульс, которым воздействуют на образец, осуществляя его динамическое нагружение. Толщину и материал инертных слоев подбирают исходя из условия обеспечения вдоль поверхности образца одновременности прихода импульса с требуемым для данного опыта распределением его интенсивности. Технический результат: расширение функциональных возможностей способа, обеспечивающего возможность как для рентгенографических исследований, так и для металлографии, кроме того, нет ограничений на агрегатное состояние исследуемого материала. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.
Description
Изобретение относится к области испытания материалов, к исследованиям поведения веществ при динамическом воздействии на них и может быть использовано в любой области техники, где необходимо знание, например, прочностных свойств перспективных конструкционных материалов, жидкостей, газов при динамических нагрузках.
Одной из актуальных задач, стоящих в рассматриваемой области техники, является обеспечение верификации моделирования поведения веществ при динамических нагрузках. Это напрямую связано с созданием необходимых полей напряжений сжатия, воздействующих на объект исследования.
Известны из предшествующего уровня техники способы исследования свойств материала при динамическом нагружении, например способ испытания материала на разрыв в условиях сложнонапряженного динамического нагружения по патенту RU 2221233 (публик. 10.01.2004). Способ заключается в воздействии на образец исследуемого материала ударной волной, создаваемой контактным взрывом заряда ВВ, размещенного в виде слоя на поверхности образца и инициируемого с одной стороны заряда, нахождении расстояния по линии инициирования до места зарождения откольной трещины, расчетном определении после нагружения давления в ударной волне в месте зарождения откольной трещины, по которому судят о прочности материала на разрыв, при этом нагружению подвергают образец цилиндрической формы, заряд ВВ размещают на его боковой поверхности в виде слоя возрастающей по длине образца толщины, инициирование осуществляют параллельно основанию образца, после нагружения образец разрезают вдоль оси и анализируют картину откольного разрушения, определяя расстояние до места зарождения трещины от оси образца.
Однако данный способ не обеспечивает создание требуемых полей напряжений сжатия на поверхности образца.
Наиболее близким аналогом к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату от его использования является известный способ исследования свойств материала при динамическом нагружении цилиндрических образцов исследуемого материала из статьи «О некоторых эффектах, возникающих при взрывном обжатии вязкой цилиндрической оболочки» / журнал «ПМТФ», 1978 г., №3/. Способ включает выполнение образца исследуемого материала в форме полого цилиндра, окруженного слоем взрывчатого вещества (ВВ), размещение образца внутри металлической оболочки, которую выполняют в форме кругового усеченного конуса, окруженного также слоем ВВ, в котором со стороны торца меньшего диаметра инициируют детонацию, распространяющуюся в скользящем режиме по поверхности оболочки, обеспечивая продуктами взрыва ВВ ее перемещение в сторону образца. При столкновении оболочки со слоем ВВ, который окружает образец, ударно-волновой импульс усиливается и динамическое нагружение образца осуществляют усиленным импульсом. Далее по деформации образца определяют свойства исследуемого материала.
Недостатком ближайшего аналога является, прежде всего, то, что ударное воздействие приводит к откольному разрушению трубки, при этом имеют место очень высокие скорости деформации образца. Кроме того, имеет место неодновременный выход фронта ударной волны на поверхность образца. Все это дает возможность осуществить только рентгенографические исследования материалов и не позволяет сохранять образцы для других видов исследования, например для металлографии. Кроме того, динамическое нагружение образца ударно-волновым импульсом позволяет исследовать только сплошные среды.
Технический результат, получаемый в результате реализации предлагаемого изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей способа, обеспечивающего возможность как для рентгенографических исследований, так и для металлографии, кроме того, нет ограничений на агрегатное состояние исследуемого материала. Способ позволяет осуществить динамическое нагружение не только сплошных сред, а также жидкостей и газов.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе исследования свойств материала при динамическом нагружении, включающем размещение образца исследуемого материала внутри металлической оболочки, которую выполняют в форме кругового усеченного конуса, окруженного слоем взрывчатого вещества (ВВ), в котором инициируют детонацию, распространяющуюся в скользящем режиме по поверхности оболочки, обеспечивая продуктами взрыва ВВ ее перемещение с последующим динамическим нагружением образца, по поведению которого определяют свойства исследуемого материала, при этом формируют взрывную волну на поверхности инертных слоев, которыми окружают образец, обеспечивая при их прохождении трансформацию ударно-волнового импульса в квазиизэнтропический импульс, которым воздействуют на образец, осуществляя его динамическое нагружение, причем толщину и материал инертных слоев подбирают исходя из условия обеспечения вдоль поверхности образца одновременности прихода импульса с требуемым для данного опыта распределением его интенсивности.
При исследовании сплошных сред образец из исследуемого материала может быть выполнен в виде сплошного цилиндра.
При исследовании жидких или газообразных сред их закачивают в инертную трубку, по деформации которой определяют свойства исследуемого материала.
Трансформация ударно-волнового импульса в квазиизэнтропический импульс за счет формирования взрывной волны на поверхности инертных слоев, которыми окружают образец, обеспечивает сохранность образца за счет снижения скоростей сжатия, дает возможность исследовать газы, исключить откольное разрушение образца.
Подбор толщины и материала инертных слоев, исходя из условия одновременности прихода импульса к поверхности образца или инертной трубки с требуемым распределением его интенсивности вдоль поверхности, дает возможность проводить исследования с заданным градиентом скоростей сжатия, получить динамическую картину изменения микроструктуры образца вследствие нагружения, например, при металлографических исследованиях.
Пример конкретного выполнения устройства, позволяющего осуществить заявляемый способ, представлен на фиг. 1, где: 1 - образец, 2 - инертные слои, 3 - металлическая оболочка, 4 - заряд ВВ, 5 - высокоскоростной инициатор, 6 - средство инициирования с детонационными каналами.
Рентгенограммы процесса динамического нагружения образца на различные моменты времени показаны на фиг. 2-6 (фиг. 2 на начальный момент времени; фиг. 3 - на момент времени 31 мкс; фиг. 4 - на момент времени 65 мкс; фиг. 5 - на момент времени 80 мкс; фиг. 6 - после воздействия).
Металлографирование образца после опыта было осуществлено в двух сечениях: в плоскости продольной оси (фиг. 7 и фиг. 8) и в кольцевом сечении (фиг. 9 и фиг. 10, 11). На фиг. 7 показана микроструктура образца в начальной стадии деформаций (изгиб). На фиг. 8 и фиг. 11 показаны зоны максимальных деформаций. На фиг. 9 показана форма зерен в сечении у внешней поверхности образца (деформация ε=ln(R0/R)≈0,6), на фиг. 10 у внутренней границы (ε≈1,7).
Примером конкретного выполнения устройства, позволяющего осуществить заявляемый способ, может служить устройство для динамического нагружения образца из меди, который выполнен в виде трубки диаметром 35 мм и толщиной стенки 3,5 мм. Трубка окружена двумя слоями инертного материала, выполненными, начиная с наружного, из: фторопласта (3 мм) и пенопласта (7 мм). Между пенопластовым слоем и трубкой есть зазор 5 мм. Трубку с инертными слоями размещают в оболочке из меди толщиной 0,5 мм, выполненной в виде кругового усеченного конуса, на которую нанесен слой ВВ толщиной 2 мм. Оболочка выполняет роль ударника. Средство инициирования, установленное со стороны большего основания усеченного конуса, представляет собой сеть детонационных каналов, выполненных в пенопластовом основании, начальные участки которых объединены в общую начальную точку инициирования, детонационно связанную с высокоскоростным инициатором. Концевые участки каналов выходят на кольцевую поверхность, образованную по торцу металлической оболочки слоем ВВ. Высокоскоростной инициатор совмещен с начальной точкой инициирования и представляет собой капсюль-детонатор, выполненный, например, по патенту RU 2413166 (публик. 27.02.2011).
Заявляемый способ можно осуществить следующим образом.
При подаче электрического импульса на капсюль-детонатор 5 он срабатывает и задействует начальную точку инициирования детонационных каналов средства инициирования 6. Детонационный импульс по сети каналов, распространяясь к концевым участкам, передается слою ВВ 4 одновременно по всей кольцевой поверхности, задействуя его. Такое одновременное задействование позволяет задать требуемое направление движения взрывной волны. Инициирование ВВ осуществлялось скользящей детонационной волной по поверхности металлической оболочки 3. Продукты взрыва ВВ разгоняют металлическую оболочку 3, с помощью которой формируют ударную волну на поверхности инертных слоев 2, проходя которые осуществляется трансформация ударно-волнового импульса в квазиизоэнтропический импульс, которым обжимают образец 1. Инертные слои позволяют формировать требуемый фронт распространения воздействующего на образец импульса. Указанная выше толщина инертных слоев и выбранный материал обеспечивают вдоль поверхности образца одновременность прихода импульса с требуемым для данного опыта распределением его интенсивности.
Рентгенографирование образца проводилось до опыта (фиг. 2), во время (фиг. 3-5) и после проведения опыта (фиг. 6). Металлографирование образца было осуществлено после опыта (фиг. 7-11).
Параметры воздействующего импульса и исследуемая деформация образца, показанная на фиг. 3-6 (процесс деформации) и на фиг. 7-11 (деформация после проведения опыта), позволяют наиболее точно определить характеристики исследуемого материала.
Таким образом, способ позволяет обеспечить воздействие на образец импульса с такими характеристиками, которые дают возможность наиболее точно проанализировать картину деформации образца при динамическом нагружении и более точно определить характеристики исследуемого материала в одном эксперименте.
Claims (3)
1. Способ исследования свойств материала при динамическом нагружении, включающий размещение образца исследуемого материала внутри металлической оболочки, которую выполняют в форме кругового усеченного конуса, окруженного слоем взрывчатого вещества (ВВ), в котором инициируют детонацию, распространяющуюся в скользящем режиме по поверхности оболочки, обеспечивая продуктами взрыва ВВ ее перемещение с последующим динамическим нагружением образца, по поведению которого определяют свойства исследуемого материала, отличающийся тем, что формируют взрывную волну на поверхности инертных слоев, которыми окружают образец, обеспечивая при их прохождении трансформацию ударно-волнового импульса в квазиизэнтропический импульс, которым воздействуют на образец, осуществляя его динамическое нагружение, причем толщину и материал инертных слоев подбирают исходя из условия обеспечения вдоль поверхности образца одновременности прихода импульса с требуемым для данного опыта распределением его интенсивности.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при исследовании сплошных сред образец из исследуемого материала выполняют в виде сплошного цилиндра.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при исследовании жидких или газообразных сред их закачивают в инертную трубку, по деформации которой определяют свойства исследуемого материала.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2574519C1 true RU2574519C1 (ru) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756992C1 (ru) * | 2020-12-22 | 2021-10-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Способ испытания конструкционных материалов при динамическом воздействии и устройство для его осуществления |
| RU2818023C1 (ru) * | 2023-05-03 | 2024-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Метод тестирования материалов внешних оболочек космических летательных аппаратов от повреждающего воздействия фракций пылевых частиц на орбите Земли |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU812333A1 (ru) * | 1977-04-13 | 1981-03-15 | Ордена Ленина Институт Химическойфизики Ah Cccp | Способ обработки веществ дина-МичЕСКиМ дАВлЕНиЕМ |
| US8006621B1 (en) * | 2008-02-07 | 2011-08-30 | Cherry Christopher R | Linear explosive breaching apparatus and method |
| RU2471545C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Цилиндрическое устройство для сжатия газов до мегабарных давлений |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU812333A1 (ru) * | 1977-04-13 | 1981-03-15 | Ордена Ленина Институт Химическойфизики Ah Cccp | Способ обработки веществ дина-МичЕСКиМ дАВлЕНиЕМ |
| US8006621B1 (en) * | 2008-02-07 | 2011-08-30 | Cherry Christopher R | Linear explosive breaching apparatus and method |
| RU2471545C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Цилиндрическое устройство для сжатия газов до мегабарных давлений |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| О некоторых эффектах, возникающих при взрывном обжатии вязкой цилиндрической оболочки, журнал ПМТФ N3, 1978 г. стр. 99-112. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756992C1 (ru) * | 2020-12-22 | 2021-10-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Способ испытания конструкционных материалов при динамическом воздействии и устройство для его осуществления |
| RU2818023C1 (ru) * | 2023-05-03 | 2024-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Метод тестирования материалов внешних оболочек космических летательных аппаратов от повреждающего воздействия фракций пылевых частиц на орбите Земли |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xia et al. | Dynamic rock tests using split Hopkinson (Kolsky) bar system–A review | |
| Goto et al. | Investigation of the fracture and fragmentation of explosively driven rings and cylinders | |
| Xu et al. | A novel method in dynamic shear testing of bulk materials using the traditional SHPB technique | |
| ying Wang et al. | Experimental study on the expansion of metal cylinders by detonation | |
| Lee et al. | Fracture prediction of thin plates under localized impulsive loading. Part II: discing and petalling | |
| Hiroe et al. | Deformation and fragmentation behaviour of exploded metal cylinders and the effects of wall materials, configuration, explosive energy and initiated locations | |
| O’Toole et al. | Modeling plastic deformation of steel plates in hypervelocity impact experiments | |
| CN105954120B (zh) | 以动态拉伸应变率为单一变量的动态损伤实验方法 | |
| Mishra et al. | Plastic flow behavior of 7017 and 7055 aluminum alloys under different high strain rate test methods | |
| Ren et al. | Dynamic shear fracture of an explosively-driven metal cylindrical shell | |
| Gray et al. | On the influence of loading profile upon the tensile failure of stainless steel | |
| Bragov et al. | Investigation of strength properties of freshwater ice | |
| RU2574519C1 (ru) | Способ исследования свойств материала при динамическом нагружении | |
| Davydova et al. | Scaling law of quasi brittle fragmentation | |
| Li et al. | Experimental and numerical investigations on the dynamic fracture of a cylindrical shell with grooves subjected to internal explosive loading | |
| Bragov et al. | Dynamic properties of stainless steel under direct tension loading using a simple gas gun | |
| Vesenjak et al. | Influence of the explosive treatment on the mechanical properties and microstructure of copper | |
| Nakamura et al. | Dynamic fracture experiments of mortar using a high-speed loading apparatus driven by explosives | |
| Rome et al. | Hopkinson techniques for dynamic triaxial compression tests | |
| Stoffel | An experimental method to validate viscoplastic constitutive equations in the dynamic response of plates | |
| Ibrahim et al. | Dynamic crack propagation and arrest in rapid prototyping material | |
| RU2662251C1 (ru) | Способ оценки предела прочности керамики при растяжении | |
| RU2647551C1 (ru) | Способ определения характеристики трещиностойкости материалов | |
| Miyambo et al. | Review of the development of the split Hopkinson pressure bar | |
| RU2624613C1 (ru) | Способ испытаний металлов на растяжение-сжатие и образец для его осуществления |