СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОНИКАНИЯ УДАРНИКА В ГРУНТОВУЮ ПРЕГРАДУ
METHOD FOR DETERMINING PARAMETERS OF STRIKER PENETRATION INTO SOIL BARRIER

Изобретение относится к области исследований прочностных характеристик материалов, в которых оснащенные измерительными устройствами ударники используются для количественной оценки характеристик реологических сред.
Известны устройство к способ определения параметров проникания ударника в преграду патент RU №2263297C1, МПК G01N 3/30, опубликованный 27.10.2005 Бюл. №30. Способ заключается в том, что осуществляют метание сборки, содержащей метаемое тело, установленное в отделяемом поддоне с дном, измерительный узел, размещенный в метаемом теле, по меньшей мере, один провод узла электрической связи, соединенный одним концом с отделяемым поддоном, а другим - с измерительным узлом, и улавливатель поддона, предназначенный для подключения измерительного узла через измерительные каналы линии электрической связи к регистрирующей аппаратуре, обеспечивают разъединение отделяемого поддона с метаемым телом на улавливателе поддона, подключенном через измерительные каналы линии электрической связи к регистрирующей аппаратуре. При этом обеспечивается свободное, без контакта с материалом улавливателя поддона, движение метаемого тела в отверстии улавливателя, одновременно осуществляется замыкание отделяемого поддона на указанный улавливатель поддона и производится регистрация параметров проникания метаемого тела в преграду. Данный способ выбран в качестве прототипа для заявляемого изобретения.
Способ используется для количественной оценки характеристик реологических сред (конструкционных материалов и природных геологических пород) в процессе проникания устройств в эти среды.
В описании изобретения показана возможность получения данных о процессе проникания ударника в грунтовую преграду в виде изменений (от времени или с глубиной внедрения ударника в среду) величин параметров проникания, характеризующих процесс взаимодействия ударника со средой. Это могут быть, например, зависимости изменения величин ускорений, воздействующих на ударник от времени, по которым могут быть затем вычислены зависимости изменения скорости и глубины проникания ударника от времени.
Практика измерений показывает, что в силу особенностей различных типов применяемых датчиков, в процессе внедрения ударника в преграду происходят изменения как коэффициента преобразования датчиком ускорения, приобретаемого ударником, в электрический сигнал, так и смещения нуля. Кроме того, применение проводной линии связи между датчиком, расположенным на ударнике, и регистрирующей аппаратурой не всегда возможно, особенно, при больших глубинах проникания, когда велика вероятность обрыва линии. В этом случае, как правило, регистрирующую аппаратуру располагают на борту ударника. Однако, в этом случае, в силу ограниченной стойкости к ударным нагрузкам высокостабильных (кварцевых) задающих элементов генераторов отсчета времени, в регистраторе измерительного узла используются простые генераторы на RC-элементах с невысокой стабильностью, что приводит к значительным погрешностям в привязке измерений к шкале времени измерительного узла.
Все это приводит к снижению точности определения параметров проникания ударника в преграду, что является основным недостатком способа, выбранного в качестве прототипа.
Техническая проблема, на решение которой направлен заявляемый способ, заключается в повышении точности результата определения параметров проникания ударника в грунтовую преграду.
Технический результат заключается в повышении точности определения параметров проникания ударника в грунтовую преграду в результате учета изменений коэффициента преобразования ускорения в электрический сигнал и смещения нуля в процессе внедрения ударника в преграду и согласования шкал времени измерительного узла и наземной аппаратуры.
ИУi
0
к
i
ИУi
i
к
i
i
ИУi
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе определения параметров проникания ударника в грунтовую преграду, включающем метание ударника, содержащего измерительный узел, измеряющий линейные ускорения в процессе движения ударника в преграде по шкале времени измерительного узла, в отличие от прототипа, регистрирующую аппаратуру располагают в измерительном узле. Определение параметров движения ударника ведут по шкале времени измерительного узла и шкале времени наземной аппаратуры. Начало отсчета в указанных шкалах ведут от момента запуска средств разгона ударника. В процессе движения ударника измерительным узлом регистрируют зависимость линейного ускорения А от времени  по шкале времени измерительного узла. С помощью наземной аппаратуры определяют значение скорости ν и время  в момент соударения ударника с преградой по шкале времени наземной аппаратуры. После остановки ударника в преграде измеряют значение конечной глубины проникания ударника х в преграду и по измеренной зависимости линейного ускорения  от времени  по шкале времени измерительного узла определяют время соударения ударника с преградой . Зная расстояние l от носка ударника до измерительного узла и скорость звука в материале ударника с, определяют коэффициент пропорциональности  между шкалой времени измерительного узла и шкалой времени наземной аппаратуры. После вычисляют соответствующее значению времени  по шкале времени измерительного узла значение времени t' по шкале времени наземной аппаратуры с началом отсчета от момента соударения ударника с преградой  по формуле . По полученной зависимости линейного ударного ускорения А от времени t' определяют время остановки ударника t' как момент установления зависимости ускорения в постоянное значение в пределах погрешности преобразования электрического сигнала, полученного с измерительного узла, в цифровое значение ускорения, записываемое регистратором. Затем вычисляют скорректированное значение a линейного ускорения по формуле a=(1/q)⋅A-(w/q), где q - мультипликативная и w - аддитивная составляющие ошибки, при этом величины 1/q и w/q рассчитывают по формулам
i
i
0
в которых, в случае равенства нулю знаменателя в формуле вычисления 1/q, принимают 1/q=1, а зависимости скорости и глубины проникания ударника от времени определяют путем, соответственно, одно- и двукратного интегрирования значений скорректированного ускорения a по времени t' при начальной скорости, равной ν, и начальной глубине проникания, равной нулю.
За счет использования всей совокупности признаков заявляемого изобретения обеспечивают учет изменения коэффициента преобразования ускорения в электрический сигнал и смещение нуля в процессе внедрения ударника в преграду, коррекцию шкалы времени измерительного узла, определяют скорректированные (полагаемые равными действительным) значения ускорений, воздействующих на ударник при его проникании от момента соударения ударника с преградой до полной его остановки, за счет чего повышаю! точность определения параметров проникания ударника в преграду.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.
В измерительном узле ударника располагают регистрирующую аппаратуру.
Производят метание ударника с размещенным в нем измерительным узлом. В момент запуска средств разгона ударника одновременно на наземную аппаратуру и измерительный узел подают электрический импульс и получают «ноль отсчета времени» шкал времени измерительного узла и наземной аппаратуры.
0
На подлете ударника к преграде наземной аппаратурой проводят траекторные измерения для определения значений скорости ν и времени  в момент соударения ударника с преградой, например, с помощью хронографических датчиков.
В процессе движения ударника (разгона, подлета к преграде и проникания в преграду) при помощи измерительного узла регистрируют зависимость линейного ускорения  от времени  по шкале времени измерительного узла.
0
к
После остановки ударника в преграде по результатам траекторных измерений наземной аппаратурой определяют значения скорости ν и времени  в момент соударения ударника с преградой по шкале времени наземной аппаратуры. Проводят поиск ударника и определяют конечную глубину проникания х в преграду прямым измерением расстояния от точки контакта с преградой до точки остановки ударника, извлекают из ударника измерительный узел и проводят перезапись информации с измерительного узла на компьютер.
По измеренной зависимости линейного ускорения  от времени  определяют момент времени соударения ударника с преградой  по шкале времени измерительного узла, как момент начала резкого нарастания ускорения.
Определяют коэффициент пропорциональности между шкалой времени измерительного узла и шкалой времени наземной аппаратуры , где l - расстояние от носка ударника до измерительного узла, с - скорость звука в материале ударника.
i
i
Вычисляют соответствующее значению времени  по шкале времени измерительного узла значение времени t' по шкале времени наземной аппаратуры с началом отсчета от момента соударения ударника с преградой  по формуле . Таким образом получают зависимость линейного ускорения  от времени t' в шкале времени наземной аппаратуры с началом отсчета в момент контакта ударника с преградой.
к
ИУi
i
После проведенного преобразования определяют время остановки ударника t', по полученной зависимости линейного ускорения A от времени t' как момент установления зависимости ускорения в постоянное значение в пределах погрешности преобразования электрического сигнала, полученного с измерительного узла, в цифровое значение ускорения, записываемое регистратором.
i
i
к
0
к
к
Полагают, что зарегистрированные значения линейного ударного ускорения  содержат мультипликативную q и аддитивную w составляющие ошибки и связаны со скорректированным (равным действительному) значением ускорения линейной зависимостью . Затем определяют скорректированное значение линейного ускорения a, по формуле, выраженной из приведенной линейной зависимости, . Величины 1/q и w/q определяют из условий, что интеграл ускорения a за время t' должен быть равен начальной скорости ν с обратным знаком, а интеграл скорости за время t' должен быть равен x, и рассчитывают по формулам
В случае равенства нулю знаменателя в формуле вычисления 1/q, принимают 1/q=1.
i
i
0
Зависимости скорости и глубины проникания ударника от времени определяют путем, соответственно, одно- и двукратного интегрирования значений скорректированного ускорения a по времени t' при начальной скорости, равной ν, и начальной глубине проникания, равной нулю.
Таким образом, за счет коррекции временной шкалы измерительного узла, а также определения скорректированных значений ускорений от момента соударения ударника с преградой до его полной остановки повышается точность определения параметров проникания ударника в преграду.
Проведенные предварительные испытания подтвердили работоспособность заявляемого способа, позволили, скорректировав значения ускорений от момента соударения ударника с грунтовой преградой до его полной остановки, повысить точность определения параметров проникания ударника в преграду на 5-15%.