RU2756992C1 - Способ испытания конструкционных материалов при динамическом воздействии и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ испытания конструкционных материалов при динамическом воздействии и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2756992C1 RU2756992C1 RU2020142609A RU2020142609A RU2756992C1 RU 2756992 C1 RU2756992 C1 RU 2756992C1 RU 2020142609 A RU2020142609 A RU 2020142609A RU 2020142609 A RU2020142609 A RU 2020142609A RU 2756992 C1 RU2756992 C1 RU 2756992C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- water
- charge
- structural materials
- sides
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-trinitrotoluene Chemical compound CC1=C([N+]([O-])=O)C=C([N+]([O-])=O)C=C1[N+]([O-])=O SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000015 trinitrotoluene Substances 0.000 description 5
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/30—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight
- G01N3/313—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight generated by explosives
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов. Сущность: осуществляют воздействие на образец испытываемого материала ударной волной, создаваемой взрывом заряда. Для проведения испытания устанавливают фундамент, на который устанавливают матричное основание, на котором размещают испытуемый образец, с двух сторон которого нанесена радиальная сетка, на который устанавливают емкость для воды, в которую устанавливается погруженный в емкость с водой заряд взрывчатого вещества на определенном возвышении от образца с помощью реек. Для создания ударной волны производят неконтактный взрыв заряда, а остаточную пластическую деформацию оценивают по наносимой с двух сторон радиальной сетке. Устройство содержит фундамент, на который устанавливают матричное основание, на которое устанавливают испытуемый образец, с двух сторон которого нанесена радиальная сетка, на который устанавливают емкость для воды, в которой на рейках установлен погруженный в емкость с водой заряд взрывчатого вещества и соединенный с детонатором. Технический результат: возможность испытания конструкционных материалов при динамическом воздействии на образцах натурных габаритов, а также возможность оценивать как отдельно поведение конструкционных материалов, так и в составе конструкции в толщинах до 100 мм. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к исследованиям поведения материалов и определению их механических свойств при динамическом воздействии на них и может быть использовано в любой области техники, где необходима оценка поведения материала, как самостоятельная, так и в составе конструкции. Изобретение позволяет имитировать условия экстремального или внештатного высокоскоростного воздействия на материал.
Одной из актуальных задач современной техники является оценка возможных последствий, поведения конструкций, а также материалов, требуемых для их изготовления, в случае возникновения на конструкциях внештатных ситуациях связанных с высокоскоростным или высокоимпульсным ее нагружением. Способ позволяет не только оценивать материалы и их соединения в составе конструкций, но также проводить их аттестацию (сертификацию), а также позволяет собрать достаточную базу для проведения компьютерного моделирования процессов.
Известен патент на способ динамических испытаний материалов и конструкций (патент SU175683A1 G01M, G01N), опубл. 1965.10.09). Изобретение позволяет испытывать материалы и конструкции на стенде путем приложения к ним импульса силы регулируемой продолжительности. Нагрузка создается с помощью тяг с заранее приложенными усилиями. Известен патент на способ определения динамических деформаций материала (патент SU1631259A1 G01B 7/18), опубл. 1991.02.28). Изобретение позволяет оценивать динамические деформации с помощью пьезоэлектрических преобразователей, установленных в ортогональных направлениях. Определение величины деформации осуществляется с помощью зависимостей.
Более близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ испытания материалов на разрыв в условиях сложно-напряженного динамического нагружения (патент РФ №2001 129420 А, G01N 3/30(2000.01), опубл. 2003.08.20), выбранный в качестве прототипа. В патенте предусмотрен способ испытаний материала на разрыв в условиях сложно-напряженного динамического нагружения, реализуемого за счет воздействия на испытуемый образец ударного волной, создаваемой контактным взрывом заряда взрывчатого вещества. Способ позволяет оценивать как материалы, так и сварные соединения путем нанесения на испытуемый образец взрывчатого вещества и осуществления его инициирования скользящей детонационной волной. Способ инициирования нагружения приводит к зарождению в образце откольной трещины.
К недостаткам известных способов, в том числе и прототипа, прежде всего относится: невозможность проведения испытаний на крупногабаритных образцах; отсутствие возможности определения изменения механических свойств деформированного образца; отсутствие возможности определения деформационной способности конструкционных материалов и конструкций из них, в т.ч. в больших толщинах; отсутствие возможности исследования изменений в механических свойствах и деформационной способности при температуре отличной от температуры окружающей среды.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание способа испытания конструкционных материалов при динамическом воздействии, позволяющего проводить испытания на образцах натурных габаритов, оценивать как отдельно поведение конструкционных материалов, так и в составе конструкции, в толщинах до 100 мм. Техническим результатом также является создание устройства для осуществления предложенного способа, при этом устройство может быть мобильным.
Технический результат достигается созданием способа испытания конструкционных материалов при динамическом воздействии, включающим воздействие на образец ударной волной создаваемой за счет неконтактного взрыва заряда, погруженного в емкость с водой, и устройства для его осуществления.
Способ включает разработанный математический алгоритм, связывающий величину прогиба образца с его податливостью, параметрами нагружения и свойствами исследуемого материала. Остаточную деформацию оценивают по наносимой с двух сторон образца радиальной сетке. Радиальная сетка, наносится на всю поверхность образца, подвергаемую формоизменению, с перекрытием в сторону недеформируемой части не менее, чем на 50 мм. После каждого нагружения регистрируют удлинение участков радиальной сетки на обеих поверхностях образца. Величину деформации определяют с помощью уравнений (1) и (2):
- для района максимальной деформации (центра образца):
- для каждого последующего района:
где: εr - величина деформации, l0 - размер «базового» отрезка на радиальной сетке до деформации, Δli - изменение величины отрезков на радиальной сетке после нагружения.
Математический аппарат рассчитан на применение заряда взрывчатого вещества в тротиловом эквиваленте, что позволяет применять широкий спектр типов взрывчатого вещества.
Конструкция устройства включает фундамент, в качестве фундамента может быть использована стальная плита, на который устанавливают матричное основание, на котором размещают испытуемый образец, на который устанавливают емкость для воды, в которую устанавливается заряд взрывчатого вещества на определенном возвышении с помощью реек, соединенный с детонатором, при проведении испытаний при температурах, отличных от комнатной, исследуемый материал дополнительно изолируют от всей конструкции.
В НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей» проводилось испытание образцов из конструкционных материалов по предлагаемому способу с использованием предложенного устройства. Динамическое деформирование образцов производилось за счет неконтактного взрыва взрывчатого вещества, погруженного в емкость с водой, при подрыве заряда в жидкости (воде), вода выступает в качестве пуансона и деформирует исследуемый образец.
На Фиг. 1 представлена схема устройства, которое использовалось для испытания конструкционных материалов при динамическом нагружении. Устройство является мобильным, может быть собрано на любой испытательной площадке и состоит из испытуемого образца (1) - правильной восьмиугольной формы, вписываемой в квадрат со стороной задавемого размера, матричного основания (2), определяющего радиус рабочей зоны образца; стальной плиты (3), применяемой для нивелирования сейсмических эффектов; уступов (4) в матричном основании (2) для облегчения и ускорения процесса центровки образцов; емкости для воды (5); заряда взрывчатого вещества (6); детонатора (7), инициируемого из центра; реек (8), обеспечивающих необходимое возвышение заряда над образцом (1); осевых линий (9) на дне емкости с водой для облегчения центровки заряда в воде.
Также проводились испытания при температурах, отличных от комнатной, при этом образец дополнительно прокладывался теплоизоляционным картоном (10), для этого может быть использован любой другой материал с теплоизолирующими свойствами.
Оценка материала проводилась следующим образом. Первоначально выполнялся расчет параметров нагружения: веса заряда ВВ и его возвышения с помощью разработанного математического алгоритма, связывающего величину прогиба образца с его податливостью, параметрами нагружения и свойствами исследуемого материала. Собирали заряд взрывчатого вещества, в качестве взрывчатого вещества применялся тринитротолуол. В случае, если в качестве взрывчатого вещества применяется не тринитротолуол, вес заряда пересчитывается с учетом тротилового эквивалента. Допускается собирать заряд, применяя прессованные шашки из тринитротолуола, в таком случае дополнительно вводится коэффициент, учитывающий отступление заряда от идеальной сферической формы. Собирали конструкцию, приведенную на Фиг. 1. Затем в емкость для воды опускали снаряженный детонатором заряд. Заряд центрировали с помощью разметки (9). Затем производили подрыв заряда.
Остаточная пластическая деформация оценивалась по специально наносимой с двух сторон образца радиальной сетке (Фиг. 2 приведен пример разметки для рабочей зоны образца 800 мм). Радиальная сетка, наносилась на всю поверхность образца, подвергаемую формоизменению, с перекрытием в сторону недеформируемой части не менее 50 мм. После каждого нагружения регистрировались удлинения 36-ти «базовых» участков с обеих поверхностей образца.
Величина деформации определялась с помощью уравнений (1) и (2).
Допускается определять величину деформации через утонение исследуемого района. Дополнительно может быть снята профилограмма формоизменения образца с регистрацией глубины прогиба. Глубина прогиба образца (12) регистрируется в соответствии со схемой, приведенной на Фиг. 3.
Технико-экономический эффект от использования изобретения заключается в том, что оно позволяет оценивать как отдельно поведение конструкционных материалов, так и в составе конструкции, при температурах эксплуатации материалов. Изобретение позволяет осуществлять испытания материалов в толщинах до 100 мм и при любой заданной температуре, а также позволяет проводить дополнительную регистрацию параметров с помощью тензометрирования.
Claims (4)
1. Способ испытания конструкционных материалов при динамическом воздействии, заключающийся в воздействии на образец испытываемого материала ударной волной, создаваемой взрывом заряда, отличающийся тем, что для проведения испытания устанавливают фундамент, на который устанавливают матричное основание, на котором размещают испытуемый образец, с двух сторон которого нанесена радиальная сетка, на который устанавливают емкость для воды, в которую устанавливается погруженный в емкость с водой заряд взрывчатого вещества на определенном возвышении от образца с помощью реек, для создания ударной волны производят неконтактный взрыв заряда, а остаточную пластическую деформацию оценивают по наносимой с двух сторон радиальной сетке.
2. Устройство для осуществления способа испытания конструкционных материалов при динамическом воздействии по п. 1, отличающееся тем, что конструкция устройства включает фундамент, на который устанавливают матричное основание, на которое устанавливают испытуемый образец, с двух сторон которого нанесена радиальная сетка, на который устанавливают емкость для воды, в которой на рейках установлен погруженный в емкость с водой заряд взрывчатого вещества и соединенный с детонатором.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве фундамента используется стальная плита.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в матричном основании сделаны уступы.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020142609A RU2756992C1 (ru) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | Способ испытания конструкционных материалов при динамическом воздействии и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020142609A RU2756992C1 (ru) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | Способ испытания конструкционных материалов при динамическом воздействии и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2756992C1 true RU2756992C1 (ru) | 2021-10-08 |
Family
ID=78000128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020142609A RU2756992C1 (ru) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | Способ испытания конструкционных материалов при динамическом воздействии и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2756992C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116008106A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-04-25 | 南京理工大学 | 一种波纹钢板和混凝土组合结构抗爆炸能力判断方法 |
| CN118332231A (zh) * | 2024-06-12 | 2024-07-12 | 南京理工大学 | 一种战斗部冲击波超压分布预测及验证方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU676905A1 (ru) * | 1975-08-04 | 1979-07-30 | Иркутский государственный научно-исследовательский институт редких и цветных металлов | Устройство дл улавливани частей разрушившегос образца |
| RU2221233C2 (ru) * | 2001-10-31 | 2004-01-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Способ испытания материалов на разрыв в условиях сложно-напряженного динамического нагружения |
| RU2574519C1 (ru) * | 2014-09-15 | 2016-02-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Способ исследования свойств материала при динамическом нагружении |
| CN207133142U (zh) * | 2017-09-21 | 2018-03-23 | 武汉科技大学 | 模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置 |
-
2020
- 2020-12-22 RU RU2020142609A patent/RU2756992C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU676905A1 (ru) * | 1975-08-04 | 1979-07-30 | Иркутский государственный научно-исследовательский институт редких и цветных металлов | Устройство дл улавливани частей разрушившегос образца |
| RU2221233C2 (ru) * | 2001-10-31 | 2004-01-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Способ испытания материалов на разрыв в условиях сложно-напряженного динамического нагружения |
| RU2574519C1 (ru) * | 2014-09-15 | 2016-02-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Способ исследования свойств материала при динамическом нагружении |
| CN207133142U (zh) * | 2017-09-21 | 2018-03-23 | 武汉科技大学 | 模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116008106A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-04-25 | 南京理工大学 | 一种波纹钢板和混凝土组合结构抗爆炸能力判断方法 |
| CN116008106B (zh) * | 2022-12-09 | 2023-12-22 | 南京理工大学 | 一种波纹钢板和混凝土组合结构抗爆炸能力判断方法 |
| CN118332231A (zh) * | 2024-06-12 | 2024-07-12 | 南京理工大学 | 一种战斗部冲击波超压分布预测及验证方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Guruprasad et al. | Layered sacrificial claddings under blast loading Part II—experimental studies | |
| Smith et al. | A stress-weighted ductile fracture model for steel subjected to ultra low cycle fatigue | |
| RU2756992C1 (ru) | Способ испытания конструкционных материалов при динамическом воздействии и устройство для его осуществления | |
| CN104807706A (zh) | 便携式软弱层带原位直剪试验仪及其测试方法 | |
| Jardine | Advanced laboratory testing in research and practice: the 2nd Bishop Lecture | |
| Yan et al. | Experimental and numerical investigation of reinforced concrete pile subjected to near-field non-contact underwater explosion | |
| Yousuf et al. | Behaviour and resistance of hollow and concrete-filled mild steel columns due to transverse impact loading | |
| Far et al. | Probabilistic analysis of crushed zone for rock blasting | |
| Anusic et al. | Influence of installation method on static lateral response of displacement piles in sand | |
| Asgarian et al. | Effect of soil pile structure interaction on dynamic characteristics of jacket type offshore platforms | |
| Štoller et al. | Use of ultrasound—The ultrasonic pulse velocity method for the diagnosis of protective structures after the load of TNT explosion | |
| Saeedi Azizkandi et al. | Centrifuge modeling of pile-soil-pile interaction mconsidering relative density and toe condition | |
| Karakus et al. | Rock fatigue damage assessment by acoustic emission | |
| Gebbeken et al. | On the Concrete Material Response to Explosive Loading-Numerical Simulations | |
| Consoli et al. | Crosswise-loaded pile tests on residual soil site | |
| Tantivangphaisal et al. | GEOLAB Blind Prediction Contest: Winning Methods for Predicting Pile Behaviour under Monotonic and Cyclic Lateral Loading | |
| Machaček et al. | Blind Prediction Contest: Piles under Monotonic and Cyclic Lateral Loading | |
| CN116399725A (zh) | 锚索动态力学性能测试方法及其测试系统 | |
| RU2519658C1 (ru) | Способ оценки разрушительных свойств наливных взрывчатых веществ | |
| Kumar | Damage evaluation of a full-scale RC frame exposed to multiple extreme loads | |
| Huang et al. | Laboratory investigation to determine ageing of pile shaft friction in clay | |
| Niederleithinger et al. | The NDT-CE test and validation center in Horstwalde | |
| RU2750683C1 (ru) | Способ определения механических характеристик высокоэнергетических материалов | |
| Qiao et al. | Development of a finite element model for damping concrete under severe impact loads | |
| Ćosić et al. | Review of scientific insights and a critical analysis of pile capacity and pile integrity tests |