Теоретическое и экспериментальное исследование «эффектов сверхупругих столкновений», используемых для возбуждения высоких

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2291 (2023) Цитировать эту статью

308 Доступов

Подробности о метриках

Технология возбуждения для экспериментов с ударной средой с высоким уровнем перегрузки в настоящее время представляет интерес, для чего усиление скорости за счет столкновений вертикально сложенных тел с большим успехом использовалось для разработки ударных испытаний с высокой перегрузкой. В этом исследовании изучались эффекты сверхупругих столкновений, возникающие во время высокоскоростных одномерных столкновений трех тел. Кратко выведены теоретические формулы для аналитического исследования столкновений. Было проведено четыре эксперимента с разными начальными скоростями, полученными при свободном падении с разной высоты. Для столкновений трех тел был получен прирост скорости более 5, а для второго удара наблюдались коэффициенты восстановления более 2,5. Результаты экспериментов хорошо подтвердили существование эффектов сверхупругого столкновения при одномерных трехчастичных ударах.

Чтобы максимизировать урон и эффективность современного проникающего оружия, такого как боеприпасы, интеллектуальный взрыватель или бортовой самописец используется для сбора информации об окружающей среде и контроля точки взрыва при ударе по цели. В процессе удара компоненты таких систем и сами системы обычно испытывают удары величиной в десятки тысяч g (1 g = 9,8 м/с2) длительностью в несколько миллисекунд. Все компоненты и сами системы должны выдерживать такие ударные нагрузки и быть пригодными для работы в суровых условиях1,2,3,4. Поэтому, несомненно, важно оценить живучесть и работоспособность компонентов и систем, испытав их в столь высоких ударных условиях в процессе разработки и производства.

В настоящее время ударные испытания при высоких перегрузках можно разделить на две категории: лабораторные испытания и испытания боевыми патронами. Испытание боевыми патронами, такое как фактический выстрел из ружья или миномета, может обеспечить соответствующую испытательную среду, максимально приближенную к условиям фактического применения. Однако испытания боевыми патронами сложно проводить и они очень дорогостоящие 3; поэтому они непрактичны для задач инженерной разработки, требующих бесчисленных итераций для достижения желаемых результатов как для отдельных компонентов, так и для их сборок. В лабораторных условиях могут быть применены различные методы испытаний на ударную нагрузку при высоких перегрузках, в том числе методы с использованием падающего стола5,6, молотка-мачете7,8, стержня Хопкинсона9,10 и газового пистолета4,11. Эти методы тестирования имеют свои преимущества и ограничения, которые здесь повторяться не будут. Эти ограничения способствуют развитию технологии ударных испытаний при высоких перегрузках. Еще в 1960-х годах было обнаружено, что увеличение скорости может быть достигнуто за счет одномерных столкновений множества тел12. Некоторые подробные обсуждения этого вопроса можно найти в последующей литературе13,14,15. Поэтому усилителям удара с двумя массами (DMSA) в сочетании с обычными столами падения уделяется все больше внимания при использовании при ударных испытаниях при высоких перегрузках. Они утверждают, что во время испытаний на падение можно получить диапазон ускорений от 5000 г до 100 000 г при использовании вторичных ударов16,17,18,19. Однако их ограничения также очевидны, поскольку они используют традиционные таблицы воздействия. Кроме того, Роджерс и др.20,21,22,23,24 разработали четырехмассовый вертикально расположенный ударный усилитель. Однако результаты их испытаний показали, что четырехмассовая ударная машина с вертикальной установкой не имела никаких преимуществ перед стержнем Хопкинсона или даже над методами сбрасываемого стола. На сегодняшний день создание различных сред для ударных испытаний с высокими перегрузками, обладающих хорошей надежностью, повторяемостью, удобством и низкой стоимостью, является давней проблемой, сопряженной со значительными трудностями. Руководствуясь техническими требованиями ударных испытаний при высоких перегрузках и вдохновившись существующими идеями, авторы настоящего изобретения разработали компактный ударный тестер для высоких перегрузок с трехкорпусным вертикально расположенным ударным усилителем. Результаты экспериментов подтвердили, что эта конструкция оказалась успешной25,26,27. Однако детальное исследование усиления скорости, по-видимому, намеренно игнорировалось, скорее всего, потому, что основное внимание уделялось параметрам импульса ударного ускорения.