Так по формулам (6.11) получаем при отклонении маятника на угол q = 300, что . Средняя экспериментально определенная скорость удара оказалась на 2-3% меньше теоретической (6.10), что можно объяснить трением в подшипниках вала установки.

Конечная глубина кратера, которая сравнивалась с величиной, вычисленной из соотношений между силой и глубиной внедрения, измерялась профилометром с точностью +- 1%, а остаточная деформация образца определялась с помощью прецизионного микрометра.

7 Анализ результатов и сравнение с теорией

Для установления экспериментальных зависимостей была проведена серия экспериментов по методике, разработанной в дипломной работе курсанта Цапкина Я.А.

В результате проведенных исследований были получены следующие основные параметры процесса удара и их зависимости для материалов образцов из Стали 45 и Д16Т [6, 7]: u(t), v(t), a(t) и, а также диаграммы P=P(u,v) и для конического и плоского наконечников соответственно. Это позволило дать качественный и количественный анализ процесса удара, установить некоторые характерные закономерности между основными параметрами процесса удара, дать их механическое истолкование и сравнить с ранее полученными экспериментальными данными [1, 8, 9, 10, 11, 12].

В качестве примера на рисунке 7.1 представлены экспериментальные данные ускорения (замедления) ударника с углом при вершине наконечника b=1200, полученные в результате удара по образцу из алюминиевого сплава Д16Т со скоростью v0 = 1.62 м/с, что соответствует отклонению маятника на угол q=300. Выведенные в таком виде на монитор компьютера они представляют некоторую кривую изменения ускорения (замедления) ударника во времени с модулированным по амплитуде сигналом. На рассматриваемой кривой нанесена сглаженная (усредненная) по времени характеристика этого сигнала, полученная по методу скользящего среднего.

Рисунок 7.1 – Результаты экспериментального исследования

внедрения ударника в образец из материала Д16Т

Вслед за этим, оцифрованная физическая информация усредненной сглаженной амплитуды сигнала аппроксимировалась полиномиальной регрессионной зависимостью четвертого порядка вида (7.1) и в графическом виде представлена на рисунке 7.2 (1- сглаживающая кривая, 2- полиномиальная зависимость).

, (7.1)

Рисунок 7.2 – Физическая информация усредненной сглаженной

амплитуды сигнала

Оцифрованная физическая информация с датчика, обработанная с помощью специального программного пакета в среде MathCad, позволяющего интегрировать полученную информацию, представляется в виде графиков основных параметров процесса удара: ускорения (замедления) ударника, скорости ударника и величины его внедрения в деформируемую преграду в зависимости от времени. Первая характеристика, производимая датчиком – ускорение (замедление) ударника в процессе внедрения или контакта с деформируемой преградой представлена на рисунке 7.3.

Прежде всего, обращает на себя внимание отсутствие у полученного графика оси симметрии, вследствие чего ускорение (замедление) ударника при деформировании преграды на «активном» этапе по времени занимает 70-80% от всей длительности удара (от нуля до максимальной точки на графике). Этот промежуток времени называется нагрузкой. Выход ударника – уменьшение абсолютной величины ускорения занимает по времени 20 - 30% от времени удара. Этот интервал времени называется разгрузкой. Различие в этих этапах заключается в том, что в первом случае деформация образца состоит из упругой и пластической составляющей, а на втором происходит восстановление упругих деформаций.

Скорость внедрения ударника представлена на рисунке 7.4. График показывает начальную скорость 1.62 м/с и скорость, при которой происходит отрыв – 0.75 м/с. График скорости плавно изменяется и пересекает ось абсцисс (в этой точке скорость обращается в нуль, а ударник достигает максимального заглубления), затем скорость меняет направление – начинается процесс отскока. Снижение скорости ударника при внедрении в преграду составляет до 70-80% от всего времени удара, тогда как выход – всего 20-30%. Следует также отметить и тот факт, что скорость выхода (отрыва) меньше на 70-80% по модулю начальной скорости удара, что обусловлено поглощением энергии удара за счет пластических свойств материала.

Рисунок 7.3 - Характеристика, ударника в процессе внедрения или контакта с

деформируемой преградой

На рисунке 7.5 представлена величина глубины внедрения ударника в материал мишени, являющаяся интегральной характеристикой скорости внедрения. График величины заглубления ударника также носит несимметричный характер, как и приведенные выше графики ускорения ударника и его скорости , что обусловлено возникновением на «активном» этапе удара как упругой, так и пластической составляющей величины деформации, а на этапе разгрузки – восстановлением только упругой составляющей.

Рисунок 7.4 - Скорость внедрения ударника

Рисунок 7.5 - Величина глубины внедрения ударника в материал мишени

Целью всех вышеприведенных характеристик процесса удара являлась задача установления связи между силой сопротивления (напряжением) и глубиной внедрения ударника (деформацией преграды) возникающими в момент удара. Так как для конического наконечника затруднительно экспериментальное определение изменяющейся во времени площади контакта и соответственно напряжений, действующих на этой площадке, приведем зависимость силы сопротивления P от глубины внедрения u рисунок 7.6.

Рисунок 7.6 - Зависимость силы сопротивления P от глубины внедрения

По вышеизложенной схеме произведены эксперименты для различных начальных скоростей при фиксированной массе ударника. Для углов отклонения начального положения маятника и соответствующих им начальных скоростей внедрения , были получены графики - для конического наконечника при b=1200 данные графики представлены на рисунках 7.8, 7.9, соответственно для алюминиевого сплава Д16Т и Сталь 45.