Экспериментальное исследование затухания упругого предвестника в ударно нагружаемом алюминиевом сплаве Д16

Выполнил: Ким В. М.

Научный руководитель: Мещеряков Ю. И.

Презентация:Затухание упругого предвестника в Д-16

Введение

Ударные волны широко используются в фундаментальных научных исследованиях, оставаясь на сегодняшний день основным экспериментальным методом при изучении реологических свойств (главным образом, металлов) в условиях высокоскоростного деформирования.

Помимо малой длительности воздействия и чрезвычайно высокой скорости нагружения, эксперименты с ударными волнами характеризуются условиями строго одномерной деформации при напряженном состоянии, близком к всестороннему сжатию или растяжению.

Свойства испытуемых материалов определяются по результатам измерений, как прямой обработкой полученных волновых профилей, так и их сопоставлением с результатами математического моделирования ударно-волновых явлений. Следует, однако, заметить, что детальное согласие теоретических представлений и моделей этих явлений с имеющимися экспериментальными данными пока не достигнуто.

Цели и задачи

Цель работы: определение параметров дислокационной структуры из ударного эксперимента.

Задачи:

1. Провести экспериментальное исследование затухания упругого предвестника.
   
2. Получить определяющее уравнение для релаксирующей среды.
   
3. Вывести математическое выражение, описывающее кривую упругого предвестника, полученную экспериментально.
   

Методика эксперимента

Функциональная схема установки и измерительного тракта

Ударное нагружение образцов осуществляется с помощью 37 мм легкогазовой метательной установки (пневмокопра). Функциональная схема установки вместе с измерительным трактом представлена на следующем рисунке 1:

Рисунок 1 – Схема установки

Образец (3) в виде шайбы диаметром 52 мм и толщиной 2÷10 мм устанавливается на выходе ствола (6) внутри вакуумной камеры (1). К образцу крепятся контакты 2 устройства запуска регистрирующей аппаратуры. Снаряд, состоящий из ударника 4, закрепленного на полиэтиленовом поддоне 5, помещается в ствол 6. После этого осуществляется откачка ствола до вакуума, чтобы исключить возникновение воздушной подушки перед летящим снарядом. Разгон снаряда начинается после прорыва диафрагмы 7, отделяющей ствол от камеры высокого давления 8, с помощью устройства прорыва 9.

Снаряд, пролетев ствол установки, соударяется с образцом, перед этим последовательно пересекая два лазерных луча, проходящих внутрь защитной вакуумной камеры через боковые окна. В момент прерывания лучей в фотодиодах ФД возникают разнесенные во времени сигналы, которые после прохождения формирователя импульсов ФИ поступают в частотомер ЧМ, измеряющий временной интервал между этими импульсами, что позволяет вычислить скорость полета снаряда. При соударении ударника с образцом происходит замыкание контактов устройства запуска регистрирующей аппаратуры. Сигнал с контактов подается на блок задержки запускающего импульса БЗ, который, в свою очередь, после определенной задержки посылает сигнал запуска на осциллографы. Задержка сигнала производится с учетом времени прохождения ударной волны через образец.

---

Двухканальный лазерный интерферометр

Для регистрации параметров ударных волн используется доплеровский измеритель скорости – двухканальный лазерный дифференциальный интерферометр. На двух выходах интерферометра с помощью высокоскоростного запоминающего осциллографа регистрируется временной профиль скорости свободной поверхности мишени. Его принципиальная схема показана на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема интерферометра

Двухчастотный лазер (1) генерирует два соосных луча, поляризация которых сдвинута на 90°относительно друг друга. После фокусировки линзой (2) лучи попадают на свободную поверхность мишени (3), скорость которой мы хотим измерить. Отраженные от мишени лучи попадают на полупрозрачное зеркало (4) и далее проходят через два плеча задержки разной длины. Разность хода лучей через оба плеча задержки составляет общую длину плеча задержки интерферометра, которая и определяет постоянную интерферометра, т.е. скорость свободной поверхности, приходящуюся на биение интерференционного сигнала. Сдвинутые по фазе на 90° выходные сигналы снимаются с разных плечей интерферометра A1 и А2, и далее направляются на фотоэлектронные умножители (5). Каждый из этих сигналов содержит обе поляризации лазерного излучения, поэтому для разделения выходных сигналов по поляризации перед фотоумножителями (5) стоят поляроиды (6), пропускающие только одну поляризацию лазерного излучения, вертикальную или горизонтальную. В результате, на выходе фотоумножителей имеем два сигнала биений, сдвинутых на 90° по фазе.