Детальная информация

Объект исследования — магнито-импульсное нагружающее устройство для создания кратковременных высокоскоростных нагрузок при исследовании динамических свойств материалов. Цель работы — разработка устройства и выбор режима, обеспечивающего высокую скорость подвижной части при допустимых тепловых и механических нагрузках. Задачи работы: 1. Обзор методов высокоскоростного испытания материалов (откольный, Гопкинсона-Кольского, Тейлора) и моделей высокоскоростного деформирования. 2. Построение расчётной модели магнито-импульсного нагружения с учётом электромагнитных, механических и тепловых процессов. 3. Оптимизация параметров устройства по периоду колебаний тока и выбор наиболее рационального режима работы. Моделирование выполнено в COMSOL Multiphysics методом конечных элементов при совместном решении электромагнитной, механической и тепловой задач. В результате построена расчётная модель устройства и выполнено сравнение режимов при периодах колебаний тока 50, 100, 150 и 200 мкс. Наиболее рациональным признан режим T = 200 мкс: скорость пластины около 198 м/с, температура не более 195 °C, пластическая деформация около 1,3 %. Результаты применимы при проектировании установок для высокоскоростного испытания материалов.

The object of the study is a magnetic-pulse loading device intended to produce short-duration high-speed loads for investigating the dynamic properties of materials. The goal of the work is to develop such a device and to select an operating regime that provides a high velocity of the moving part under acceptable thermal and mechanical loads. The tasks of the work were: 1. A review of modern methods of high-speed testing of materials (spall method, Hopkinson-Kolsky method, Taylor method) and models of high-speed deformation. 2. Development of a numerical model of magnetic-pulse loading taking into account electromagnetic, mechanical and thermal processes. 3. Optimization of the device parameters by varying the current oscillation period and selection of the most rational operating regime. The modeling was carried out in COMSOL Multiphysics using the finite element method with a coupled solution of the electromagnetic, mechanical and thermal problems, taking into account Joule heating of the conductors and thermal expansion. As a result, a numerical model of the device was built and investigated, and the operating regimes at current oscillation periods of 50, 100, 150 and 200 μs were compared. The highest plate velocity (220 m/s) is reached at T = 100 μs, but the temperature and plastic-strain limits are exceeded. The regime T = 200 μs was recognized as the most rational: the plate velocity is about 198 m/s, the maximum temperature does not exceed 195 °C, and the plastic deformation is about 1.3 %. The results can be used in the design of experimental setups for high-speed testing of materials; the T = 200 μs regime is recommended as the most reliable and safe for further use.