УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ИЗДЕЛИЙ НА УДАРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Устройство для испытания изделий на ударные воздействия относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания изделий па воздействие ударных нагрузок.
Известно устройство для испытания изделий на ударные воздействия, содержащее ударный возбудитель и механический волновод, к торцу которого, противоположному ударному возбудителю, крепится испытуемое изделие. При ударе ударного возбудителя по торцу волновода в последнем образуется волна сжатия, которая, доходя до испытуемого объекта, осуществляет его нагружение (а.с. №657358).
Недостатком известного устройства является малая точность воспроизведения, заданного ударного импульса, так как волна сжатия, отражаясь от торца волновода, на котором закреплен испытуемый объект, преобразуется в волну растяжения, которая также воздействует на объект, производя его нерасчетное нагружение.
Прототипом является устройство для испытания изделий на ударные воздействия, которое содержит ударный возбудитель и волновод, образованный мерным стержнем, в торце которого, противоположном ударному возбудителю, вьполнено гнездо для установки испытуемого изделия и дополнительным стержнем, который находится в акустическом контакте с мерным стержнем и имеет длину не менее половины длины волны напряжения в его материале. Волна сжатия, доходя до конца дополнительного стержня, преобразуется в волну растяжения, которая вызывает отскок дополнительного стержня. Этим предотвращается воздействие волны растяжения на испытуемое изделие (а.с. №815550).
Недостатком данного устройства является невысокая интенсивностью ударных импульсов. Объясняется это тем, что энергия ударного импульса, передаваемая волной напряжения изделию, при заданной длительности импульса ограничивается площадью контакта изделия с волноводом и пропускной способностью волновода. Последняя, в свою очередь, ограничивается пределом упругости материала мерного стержня. При превышении предела упругости материала в нем происходят необратимые пластические изменения. Энергия ударной волны уменьшается, поэтому увеличение интенсивности воздействия ударным возбудителем на волновод не приводит к увеличению интенсивности воздействия импульсов ударных сил на испытуемый объект. По той же причине невозможно получить и высокие интенсивности импульсов ускорений и деформации.
Задачей полезной модели является увеличение интенсивности ударного импульса, воздействующего на испытуемое изделие, за счет увеличения максимально допустимой удельной энергии упругих деформаций волновода.
Достигается это за счет того, что, устройство для испытания изделий на ударные воздействия содержит ударный возбудитель и волновод, образованный мерным стержнем, в торце которого противоположном ударному возбудителю, выполнено гнездо для установки испытуемого изделия, и дополнительным стержнем, находящимся в акустическом контакте с мерным стержнем и имеющим длину не менее половины длины волны напряжения в его материале. Так же устройство снабжено механизмом для растяжения мерного стержня и захватами. На концах мерного стержня выполнены конические головки, установленные в захватах.
Предварительное растяжение мерного стержня приводит к увеличению удельной пропускной способности волновода, так как одномерной волне сжатия, распространяющейся по волноводу, при продольном ударе происходит преобразование кинетической энергии частиц, захваченных волной, в потенциальную энергию деформации. Причем кинетическая энергия волны определяется как ,
где V и dm - скорости и массы частиц, захваченных волной деформации.
упр
Удельная работа (плотность энергии) деформации α, которая в пределах упругости материала волновода полностью переходит в потенциальную энергию деформации, определяется по формуле
,
упр
где ε - относительное сжатие (удлинение) материала волновода;
σ - напряжение в материале волновода.
Повышение плотности энергии ударной волны в пределах упругости материала достигается за счет плавного уменьшения площади поперечного сечения волновода в направлении распространения волны.
Повышение максимально допустимой плотности энергии ударной волны сжатия достигается за счет предварительного растяжения первого стержня. При растяжении мерного стержня увеличивается максимально допустимое относительное перемещение частиц в волне сжатия и, как следствие, максимально допустимая удельная энергия деформации сжатия.
На чертеже приведено устройство для испытания изделий на ударные воздействия.
Устройство содержит ударный возбудитель 1, волновод, образованный мерным стержнем 2, в торце которого выполнено гнездо 3 для установки испытуемого изделия 4, и дополнительного стержня 5, находящегося с мерным стержнем 2 в акустическом контакте. Захваты 6 и 7 с подушками 8, выполненными из материала, имеющего большое демпфирование, и механизм 9 для растяжения мерного стержня 2, выполненный в виде гидродомкрата.
Длина дополнительного стержня 5 должна быть не менее половины длины напряжения в его материале. Мерный стержень 2 выполнен с коническими головками 10 и 11 на концах, размещенными в захватах 6 и 7. Левый конец стержня 2, в котором возбуждается ударная волна, выполняет роль концентратора ударных напряжений.
Устройство для испытания изделий на ударные воздействия работает следующим образом.
Для получения ударного воздействия максимальной интенсивности мерный стержень 2 перед ударным возбуждением растягивают механизмом 9. Импульс силы, создаваемый возбудителем 1, формирует в мерном стержне 2 ударную волну сжатия, плотность энергии которой увеличивается по мере распространения вдоль части стержня, имеющей уменьшающееся поперечное сечение. Часть волны распространяется вдоль мерного стержня 2 и нагружает испытуемое изделие 4. Другая часть волны, проходящая мимо испытуемого изделия 4, поступает в дополнительный стержень 5, где трансформируется в волну растяжения и вызывает отрыв дополнительного стержня 5 от торца мерного стержня 2. Так как при этом практически все количество движения передается дополнительному стержню 5 и испытуемому изделию 4, то перемещение торцов мерного стержня 2 составляет доли миллиметра и динамическая нагрузка на захваты 6 и 7 не передается.
Использование предлагаемого устройства для испытания изделий на ударные воздействия позволяет расширить на 15-25% диапазоны воспроизводимых ударных импульсов сил деформаций и ускорений (в сторону их увеличения), что дает возможность осуществлять градуировку акселерометров, имеющих большой диапазон измерения, а так же осуществлять испытание изделий на ударные воздействия большой интенсивности с высокой достоверностью.