Рисунок 4.2.3 - Датчик с цилиндрическим пьезоэлементом

Для обеспечения лучшего электрического контакта между элементами датчика и более равномерного распределения механи­ческих напряжений на поверхности пьезоэлемента используются прокладки 9 из свинцовой фольги (толщина 0,05 мм). Уплотнительная прокладка 10 компенсирует зазоры, образующиеся после сборки датчика, и обеспечивает надежную герметичность конструк­ции датчика в целом.

Описываемый пьезоэлектрический датчик предназначен для измерения ударных ускорений, имеющих одностороннюю направленность. Собственная частота датчика равна 40 кГц. Для того чтобы при ударе ре нарушался контакт между отдельными деталями датчика, необходимо обеспечить достаточно сильное их поджатие к опорной поверхности корпуса снизу, так как в этом случае исключается влияние элементов крепления деталей датчика в корпусе.

На рисунке 4.2.4 представлен датчик для регистрации ударных и вибрационных ускорений. В нем использованы кольцевые пьезоэлементы, которые работают не на сжатие, а на сдвиг. Металлизированные обкладки этих пьезоэлементов нанесены не на торцовые, а на цилиндрические поверхности. Боковая чувствительность датчиков такой конструкции незначительна по сравнению с осевой. Соединяется инерционный груз с пьезоэлементом и закрепляется вся сборка в корпусе при помощи эпоксидной смолы.

Рисунок 4.2.4 - Датчик с кольцевым пьезоэлементом

В предлагаемой установке в комплексе измерения и обработки замедления испытуемого образца при ударе о наковальню применяются пьезодатчики промышленного изготовления. Применяемая в экспериментальной установке система измерения замедления испытуемого образца состоит из двух пьезоэлектрических акселерометров – Kb 11 b, соединенных с двухканальным осциллографом С1-137/2 (с частотой пропускания 20 MHz), который через разъем RS-232 передает информацию на ЭВМ (Intel Pentium III, 1200 MHz), оснащенную специальным программным пакетом обработки данных в автоматизированном режиме, а также другого вспомогательного оборудования различного назначения. Функциональное назначение комплекса - запись экспериментальной информации поступающей с датчиков, ее обработка и представление в виде различных зависимостей: силы скорости внедрения , внедрения ударника и других характеристик от времени в процессе удара.

4.3 Система измерения скорости движения молота

Одним из важных измерительных устройств в разрабатываемой экспериментальной установке является устройство измерения скорости ударника на маятниковом копре в период испытаний. Оно включает в себя две пары «светодиод – фотодиод» 11, 14 (рисунок 2.3.1), аналого-цифровой преобразователь 13 и ЭВМ 12. Для обработки зарегистрированной информации с датчиков измерения скорости движения ударника используется Windows-приложение COOL32, позволяющее графически отображать зарегистрированные аналого-цифровым преобразователем сигналы с датчиков (фотодиодов) D1-D2, что позволяет с точностью до с определять моменты их срабатывания. Определив временные интервалы между срабатываниями датчиков D1() и D2() и зная базовое расстояние между ними по формуле находится скорость ударника в момент соударения, где . На рисунке 4.3.1 представлена фотография измерительной аппаратуры.

Рисунок 4.3.1 – Измерительная аппаратура

5 Обоснование основных параметров и характеристик испытаний

5.1 Выбор и обоснование основных параметров и характеристик испытуемых образцов

Выбор образца для нестационарных динамических испытаний на удар диктуется требованием достоверной регистрации усилий (напряжений) и смещений (деформаций) для зоны местного упругопластического воздействия. В испытаниях с постоянной скоростью деформирования () [1] установление квазистатического однородного напряженного и деформационного состояния в образце достигается в результате интерференции упруго-пластических волн, и при этом время и степень выравнивания напряженного состояния по длине образца определяются частотой их взаимодействия, обратно пропорциональной длине образца. В случае создания нестационарного напряженного состояния в зоне контакта необходимо выбирать длину образца таковой, чтобы интерференции волн в этой зоне в течение процесса удара не происходило. Неодноосность напряженного состояния в образце вследствие эффектов радиальной инерции определяется соответствующим выбором диаметра образца. Отсюда накладываются определенные требования на размеры образца в виде условий [1]:

по длине , (5.1.1)

по диаметру , (5.1.2)

где - предел текучести материала образца,

- плотность материала образца,

с0 – скорость звука в материале,

- начальная скорость удара,

Е – модуль Юнга материала образца.

Прежде всего, вышеуказанные требования обоснованы сравнением экспериментальных результатов с условиями эксплуатации элементов ракетно-космической техники и, соответственно, поведением конструкционных материалов при импульсных нагрузках. Для корректного моделирования поведения материала при импульсных нагрузках необходимо чтобы образец был такой длины, чтобы отраженная от заднего торца испытуемого образца упругая волна пришла бы в зону контакта ударника и мишени после того, как закончится их взаимодействие, а, следовательно, и запись экспериментальных данных.

При таких требованиях к образцу наиболее удобной его формой, удовлетворяющей указанным требованиям, является – круговой цилиндр длины и диаметра (смотри рисунок 5.1.1).

Рисунок 5.1.1 – Фотографии образцов

На характеристики образцов накладываются и такие дополнительные требования как: