Патент на изобретение №2377532

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА ДАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ВЗРЫВОМ ФОЛЬГИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к нагружающим устройствам для создания кратковременных интенсивных импульсов давления и может быть использовано для определения механических свойств материалов в экстремальных условиях нагружения (высокие давления и скорости деформирования). Устройство состоит из конденсаторной батареи и узла нагрузки, представляющего собой прямой и обратные токопроводы. В качестве обратного токопровода используют токопроводяшую шину, состоящую из участка, расположенного ниже уровня взрываемой фольги и ток в котором течет в противоположном направлении току взрываемой фольги, участка, ось симметрии которого проходит через плоскость взрываемой фольги и направление тока в котором совпадает с направлением тока взрываемой фольги, а также участков, соединяющих верхний и нижний участки обратного токопровода. Расстояние до обратного токопровода, его высоту, глубину расположения нижней части обратного токопровода и длину верхней части обратного токопровода выбирают исходя из условия равенства нулю значения напряженности магнитного поля на границе фольги. Технический результат – получение равномерного распределения генерируемого механического импульса по поверхности нагружаемого образца при электрическом взрыве фольги. 2 ил.

Изобретение относится к технике создания кратковременных интенсивных импульсов давления и может быть использовано для определения механических свойств образцов материалов в экстремальных условиях нагружения (высокие давления и скорости деформирования).

Известно устройство для создания низкоинтенсивных импульсных нагрузок короткой длительности с помощью электрического взрыва проводников (ЭВП) [1], состоящее из конденсаторной батареи емкостью С и узла нагрузки, представляющего собой прямой и обратный токопроводы (ОТ), разделенные пленочным изолятором из лавсана, в качестве прямого токопровода используется взрывающийся проводник, а в качестве обратного – медная фольга, расположенная под прямым токопроводом. Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает двухсторонний доступ к взрываемой фольге (что необходимо, например, для проведения измерений величины механического импульса давления с использованием баллистического маятника) и то, что обратный токопровод влияет на параметры генерируемого механического импульса давления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству (прототипом) является устройство для электрического взрыва фольги, состоящее из конденсаторной батареи емкостью С в сочетании со взрывомагнитным генератором и узла нагрузки, представляющего собой прямой и обратный токопроводы, расположенные в одной плоскости, в качестве прямого токопровода используется взрывающийся проводник, а в качестве обратного – две медные шины, расположенные равноудаленно от боковых торцов взрываемой фольги, при этом ток в прямом и обратных токопроводах течет параллельно и в противоположных направлениях [2]. Недостатком данной схемы является то, что она не позволяет обеспечить равномерное распределения импульсной нагрузки на поверхности испытываемого образца, так как распределение тока при взрыве фольги существенно неоднородно и вызывает эффект сжатия тока в плоском проводнике.

Предлагаемое изобретение направлено на получение равномерного распределения генерируемого механического импульса по поверхности нагружаемого образца.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве обратные токопроводы имеют конфигурацию и расположение, обеспечивающие компенсацию влияния сжимающего магнитного поля, генерируемого током, протекающим по взрываемой фольге, магнитным полем, генерируемым током, протекающим по обратным токопроводам, при этом конструкция узла нагрузки такова, что обеспечивает доступ к взрываемой фольге с двух сторон.

В качестве прямого токопровода используется взрывающаяся фольга, а в качестве обратного – токопроводящая шина, состоящая из участка, расположенного ниже уровня взрываемой фольги, ток в котором течет в противоположном направлении току взрываемой фольги, участка, ось симметрии которого проходит через плоскость взрываемой фольги, направление тока в котором совпадает с направлением тока взрываемой фольги, и участков, соединяющих верхний и нижний участки обратного токопровода.

Схема реализации предлагаемого устройства представлена на фиг.1,

где показаны: 1 – генератор, состоящий из накопительной емкости С, индуктивности L, управляемого разрядника Р и узла нагрузки, включающего 2 – прямой токопровод, 3 – взрываемую фольгу, 4 – участок ОТ, лежащий в плоскости взрываемой фольги, 5 – участок ОТ, лежащий перпендикулярно плоскости взрываемой фольги, 6 – участок ОТ, лежащий в плоскости, параллельной плоскости взрываемой фольги, ниже нее на величину h₂, 7 – участок ОТ, лежащий перпендикулярно плоскости взрываемой фольги, 8 – участок ОТ, ось симметрии которого проходит через плоскость взрываемой фольги высотой h₁, длиной l, удаленный от боковой границы взрываемой фольги на расстояние b.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Вначале устанавливают и закрепляют взрываемую фольгу 3 в блоке нагрузки, осуществляют заряд накопительной емкости С генератора 1 от источника напряжения, затем осуществляют срабатывание управляемого разрядника Р и разряд емкости С, создающий в узле нагрузки ток I, протекающий последовательно по прямому токопроводу 2, взрываемой фольге 3, и участкам обратного токопровода 4-8, приводящий к электрическому взрыву фольги и генерированию механического импульса давления.

Использование обратного токопровода данной конфигурации обеспечивает минимальное значение напряженности магнитного поля на внешней границе взрываемой фольги, а следовательно, равномерность распределения тока по фольге и величины механического импульса по площади нагружения, устраняя тем самым эффект сжатия тока в плоском проводнике. Расстояние до обратного токопровода b и его высота h₁, глубина расположения нижней части обратного токопровода h₂ и длина верхней части обратного токопровода l выбраны исходя из условия равенства значения напряженности магнитного поля на границе фольги нулю.

Реализация заявленного устройства проводилась с использованием установки ФГУ «12 ЦНИИ МО РФ» «Зенит-К» с параметрами:

– максимальное зарядное напряжение – 50 кВ;

– емкость – 288 мкФ;

– индуктивность разрядного контура – 5,5 мкГн;

– сопротивление разрядного контура – 0,023 Ом.

На фиг.2 представлены образцы материалов после нагружения механическим импульсом давления при применении известного по прототипу (а) и предлагаемого (б) способов. Видно, что за счет применения схемы подключения фольги с компенсацией влияния магнитного поля получено равномерное распределение генерируемого механического импульса по поверхности нагружаемого образца.

Источники информации

3. С.124-126.

Формула изобретения

Устройство для генерирования механического импульса давления электрическим взрывом фольги, состоящее из конденсаторной батареи и узла нагрузки, представляющего собой прямой и обратные токопроводы, отличающееся тем, что в качестве обратного токопровода используют токопроводящую шину, состоящую из участка, расположенного ниже уровня взрываемой фольги и ток в котором течет в противоположном направлении току взрываемой фольги, участка, ось симметрии которого проходит через плоскость взрываемой фольги и направление тока в котором совпадает с направлением тока взрываемой фольги, а также участков, соединяющих верхний и нижний участки обратного токопровода, при этом расстояние до обратного токопровода, его высоту, глубину расположения нижней части обратного токопровода и длину верхней части обратного токопровода выбирают исходя из условия равенства значения напряженности магнитного поля на границе фольги нулю.

РИСУНКИ