- изучение поведения материала конструкции при нестационарном (динамическом) воздействии с изменяющимися во времени, в процессе удара, параметрами испытаний: скоростью деформирования и скоростью нагружения для диапазона скоростей , что соответствует большинству случаев эксплуатационных ударных нагрузок на элементы ракетной техники;

- на основе полученных результатов построение эмпирических моделей поведения конструкционных материалов при ударе – уравнений состояния, а также других зависимостей физико-механических характеристик.

2.3 Описание выбранной экспериментальной установки

Для испытаний конструкционных материалов при нестационарном ударном нагружении была выбрана и сконструирована принципиально более выгодная с экономической точки зрения экспериментальная установка - маятниковый копер. Одним из основных преимуществ разработанного типа установки является расчет ее элементов таким образом, чтобы вследствие использования для деформирования образца кинетической энергии движения ударника, сравнимой с потерей энергии на упругопластическое деформирование образца, скорость деформирования уменьшается в процессе испытания от максимальной в начале удара до нуля в конце «активного» этапа удара (что соответствует максимальному внедрению) и затем до скорости отскока ударника от образца в конце «пассивного» этапа удара, обеспечивая при этом изменение во времени скорости деформирования – , что соответствует нестационарности процесса. Принципиальная схема и фотографии: вид спереди и с боку такой установки приведены на рисунках 2.3.1, 2.3.2, 2.3.3.

Конструкция копра представляет собой: П- образную раму, состоящую из двух стоек и основания, вала на котором подвешен ударник, фиксирующего устройства для фиксации ударника на необходимой высоте, наковальни, светодиода, фотодиода, ЭВМ, аналого-цифрового преобразователя.

1- вал, 2- рама, 3- подвеска молота, 4- жесткозакрепленная плита (мишень), 5- испытуемый образец, 6- наконечник ударника, 7- пьезоэлектрический акселерометр, 8- молот копра, 9- основание, 10- фиксирующее устройство, 11- фотодиод, 12- ЭВМ, 13- аналогово-цифровой преобразователь (осциллограф), 14- светодиод.

Рисунок 2.3.1 - Принципиальная схема маятникового копра

Рисунок 2.3.2 – Маятниковый копр, вид спереди

Рисунок 2.3.3 – Маятниковый копр, вид сбоку

3 Расчёт прочности основных силовых элементов установки

Расчет узла подвески маятника состоит из: определения диаметра вала, на котором вращается маятник, а также расчёта диаметра стержней крепления молота с испытуемым образцом.

3.1 Определения диаметра вала. Подбор подшипников

Необходимо определить диаметр вала, d, на котором подвешен маятник.

Данный диаметр будем определять из условия прочности

, (3.1.1)

Здесь - допускаемое напряжение для материала, из которого изготовлен вал копра.

, (3.1.2)

где Mmax- максимальный изгибающий момент;

W- момент сопротивления сечения, для круглого сечения диаметром d.

, (3.1.3)

откуда:

, (3.1.4)

, (3.1.5)

Необходимо определить максимальный изгибающий момент Мизг.

Рассмотрим расчетную схему вала маятника копровой установки, изображенную на рисунке 3.1.1 На вал, закреплённый на шарнирных опорах, действует сила F в месте подвески маятника. Определим её.

Рисунок 3.1.1 - Расчетная схема балки и эпюры действующих

сил и моментов

Рассмотрим силы, действующие на вал. В месте крепления маятника на вал действует сила тяжести от веса маятника mg, m- масса маятника вместе с молотом и испытуемым образцом, которая равна 35 кг. Также вал изгибает сила R, обусловленная движением маятника по окружности радиуса r.

Максимальное значение действующей силы F будет достигаться при угле отклонения маятника от вертикали на 1800. Следовательно

, (3.1.6)

где υ - скорость движения закрепленного на маятнике молота,

υ = υmax= 10 м/с;

r- радиус окружности движения молота 0.9 м.

Н, (3.1.7)

Кроме того, на балку действуют силы реакции опор RA RB. Составим уравнения сил действующих на балку и запищим уравнения равновесия в проекциях на оси координат

, (3.1.8)

, (3.1.9)

, (3.1.10)

, (3.1.11)

, (3.1.12)

Составим уравнения для поперечной силы Q и изгибающего момента

, (3.1.13)

, (3.1.14)

, (3.1.15)

при x= 0 М= 0, (3.1.16)

при x= а , (3.1.17)

, (3.1.18)

, (3.1.19)

, (3.1.20)

при х= в , (3.1.21)

при х= а , (3.1.22)

Построим эпюры этих сил (рисунок 3.1.1).

Наибольший изгибающий момент , возникает в сечении под точкой приложения силы F.

Вычислим искомый диаметр вала копра, изготовленного из материала Сталь 3, подставив исходные значения в формулу (3.1.5) с учетом (3.1.22).