27.3. О достижениях нгту в области изучения ударных процессов и создания ударной испытательной техники
Известно, что, в условиях жестких воздействий окружающей среды на быстродвижущиеся объекты среднего и точного машиностроения, технику высоких скоростей движения, встает вопрос о динамической прочности этих изделий, устойчивости функционирования их аппаратуры. В связи с этим, уже в процессе производства стараются произвести отбраковку непригодных для эксплуатации изделий. И это делается на технологических и испытательных стендах.
В течение 20 лет, начиная с 70-х годов прошлого века и до момента развала СССР, Новосибирский электротехнический институт (с 1992г - НГТУ) был одним из ведущих разработчиков исследовательских и технологических стендов для оборонной промышленности СССР, предназначенных для испытания специзделий на ударопрочность и удароустойчивость в диапазоне средних скоростей (до 100м/с). Они были заморожены по причине отсутствия финансирования в начале 90-х годов. За два десятилетия на кафедрах теоретической механики и сопротивления материалов (ТМиСМ), автоматики и телемеханики (АиТ) в рамках совместного коллектива был проведен цикл исследований и работ по ударной тематике. Были созданы и внедрены модели соударений тел в диапазоне малых и средних скоростей (доценты А.И. Родионов, А.А. Рыков, Б.Н.Стихановский), разработана и изготовлена серия оригинальных эксклюзивных испытательных и технологических ударных стендов, оборудования (доценты В.Н. Евграфов, Ю.А. Лауткин, Ю.П. Кузьменко, В.П. Титоренко) и измерительной аппаратуры (доценты А.И. Брикман, В.М. Сидоров) Все разработки были внедрены и отмечены наградами ВДНХ и рядом других. Работы возглавили профессоры П.М. Алабужев, Г.С. Мигиренко, доценты В.М. Сидоров, В.Ф.Хон
Рассмотрим некоторые, созданные в 70-80-ые годы, испытательные стенды. Например, таковыми являются ротационные стенды Рус.1(Рис.1) и К8-77 (Рис.2.). Они состоят из разгонного узла и устройства, формирующего ударный импульс, в качестве которого используется механический волновод.
Стенд Рус.1
Рис.27.1
Технические характеристики стенда Рус.1:
Пиковое значение 1-70 *103g. Длительность импульса 50-100 мкс.
Форма нагрузки – полусинус. Масса испытуемого изделия до 0,3 кг.
Скорость ударника до 40 м/с. Габариты стенда 4500х700х1200 мм.
Производительность 2 уд/мин.
Стенд К8-77.
Рис.27.2
Технические характеристики стенда К8-77:
Пиковое значение 50*103g, Длительность импульса 0,05-0,1мс.
Форма нагрузки – полусинус. Масса испытуемого изделия 0,5кг.
Скорость ударника до 50 м/с. Габариты установки1500х550х650 мм.
Производительность 3уд/мин.
Динамика таких стендов, включая и динамику формирования ударного импульса в волноводе, описывается в рамках теоретической механики, классической стереомеханики, и теории неупругого удара (доценты В.Н. Евграфов, А.И. Родионов, А.А.Рыков).
Для трансформации исходного импульса, сформированного при ударе шара по цилиндрическому волноводу, были созданы и использованы концентраторы – волноводы переменного сечения различной формы, например, ступенчатой, экспоненциальной, конической, параболической. (доцент А.И.Родионов). Они представлены на Рис. 27.3. Был создан и ряд других устройств, формирующих ударный импульс (доценты В.Н. Евграфов, А.И. Родионов, А.А.Рыков).
Рис.27.3
Уравнение, описывающее распространение ударного импульса по одномерному волноводу - концентратору имеет вид
Здесь
- площадь поперечного сечения волновода
в зависимости от x,
-
смещение частиц в сечении x.
При распространении ударного импульса по концентратору изменяются его длительность и пиковое значение. Это связано с перераспределением кинетической и потенциальной энергии при отражении упругой волны от боковой поверхности концентратора.
На кафедре ТМ и СМ НЭТИ тогда же была разработана и серия стендов – центрифуг. Таких как стенд ИЦ-30000/0.01 (с.н.с. О.Ю. Кузьменко, проф. В.Ф. Хон). Фотография и технические характеристики этого стенда как центрифуги сложной конструкции представлена на Рис.27.4. В процессе работы испытуемое изделие подвергается в нем инерционно-импульсному нагружению, эквивалентному ударной нагрузке.
Рис.27.4
Технические характеристики:
Пиковое значение 5-30*103g, Длительность импульса 5-15мс.
Форма нагрузки – полусинус. Габариты испыт. изд. 40х40х40 мм.
Габариты установки 1200х750х600 мм,. Производительность 20 уд/час.
Анализ эффективности применения ударных стендов, использующих энергию вращающихся масс, показывает, что в сравнении с трансмиссионными и ротационными центробежные испытательные стенды обладают лучшими сравнительными характеристиками. Так, при одних и тех же массово-габаритных характеристиках, центробежные ударные стенды позволяют получить предударную скорость, и, следовательно, параметры ударной нагрузки, в 1,4 раза выше, чем у трансмиссионных стендов и в 1,7 раза выше, чем у ротационных. В этом случае можно говорить о том, что эффективность перехода кинетической энергии вращающегося маховика в энергию ударного импульса у центробежных ударных стендов так же окажется выше.
В настоящее время у нашей промышленности вновь появилась потребность в создании стендов для испытания новых материалов и специзделий на ударопрочность и удароустойчивость при перегрузках до 100000 (g) в широком диапазоне длительностей от десятков микросекунд до десятков миллисекунд.
В этом плане более интересным во всех отношениях вариантом испытательного стенда является стенд, в основе которого лежит инерционно-импульсный механизм с поступательным движением стола-носителя. Он находится сейчас в стадии разработки на каф. ТМ и СМ НГТУ (В.Г. Атапин, Ю.А. Иванов, А.И. Родионов, А.А.Рыков.