Стенд для исследования деформации корпуса снаряда при локальном обжатии в зоне ведущего пояска
Предлагаемая полезная модель относится к области испытательной технике и может быть использована для испытания корпусов снаряда на прочность. Техническим результатом является определение максимального диапазона нагрузок от начала деформации до наступления нарушения сплошности материала (появление трещин) при локальном обжатии в зоне ведущего пояска. Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве для исследования деформации корпуса при локальном обжатии в зоне ведущего пояска, содержащий пресс, корпус стенда, полый пуансон, измеритель нагрузки и окно наблюдений, введен полый пуансон в виде обрезанной кольцевой трубы и свинцовые прокладки, обеспечивающее герметичность.
Предлагаемая полезная модель относится к области испытательной технике и может быть использована для испытания корпусов снаряда на прочность.
Известна установка для испытания снарядов при локальном обжатии в зоне ведущего пояска (Патент РФ 
24559, МПК G01M 3/04 Устройство для гидравлического испытания фланцевой трубопроводной арматуры на прочность, плотность и герметичность ()), являющееся аналогом предлагаемого стенда, который содержит стол с уплотнительным элементом и каналом для подачи испытательной среды в полости испытываемой арматуры, заглушку с уплотнительным элементом и механизмом ее прижатия к уплотнительной поверхности магистрального фланца испытываемой арматуры. Устройство снабжено дополнительной заглушкой с каналом для подачи среды в полость испытываемой арматуры, соединенную с плитой стола, с центрирующим выступом на рабочей поверхности, наружный диаметр которого меньше внутреннего диаметра магистрального патрубка испытываемой арматуры на гарантированный кольцевой зазор между ними.
Однако, указанное устройство обладает недостатком, которым является ненадежность его работы при подаче воды. При падении давления вытекает рабочая среда и возникает разрушение, нагружая поверхность по всему испытываемому устройству. Пресс выполняет только роль герметизации.
Кроме того, известна установка для испытания снарядов при локальном обжатии в зоне ведущего пояска («Установка для испытания гранат» RU 2387948 С1, МПК F42B 35/00, G01M 7/00, 27.04.2010], являющаяся прототипом полезной модели.
Прототип содержит газогенератор, образованный патронником с установленным в нем патроном, поджатым затвором с пусковым механизмом патрона, гладкий или нарезной ствол, промежуточную камеру между стволом и патронником, газодинамически соединенную с ними, размещенный между промежуточной камерой и патронником узел форсирования для заряда патрона и систему измерения и регистрации. В газогенераторе используется холостой патрон стрелкового оружия. Узел форсирования для заряда патрона образован плоской разрушаемой мембраной, поджатой по периметру к патрону. Промежуточная камера образована имитатором гильзы выстрела испытываемой гранаты. Ствол установлен с обеспечением поджатая ведущего пояска гранаты к торцу его направляющей части имитатором гильзы. Повышается стабильность работы установки, и обеспечивается безопасность испытаний.
Однако в указанной установке имеются следующие недостатки:
- в процессе испытаний происходит упругопластическая деформация корпуса снаряда в зоне ведущего пояска, по которой оценивают прочность корпуса во время выстрела, необходима регистрация величины деформации при врезании ведущего пояска в нарезы канала ствола;
- в процессе испытаний (особенно снарядов среднего и крупного калибра) использование достаточного большого объема порохового заряда приводит к появлению вредных и опасных факторов: шума и выделения вредных веществ в воздухе рабочей зоны, следовательно, необходимо использовать специально подготовленные площадки (полигоны) с возможностью хранения и транспортирования порохов и обеспечения их стабильности свойств (температуры);
- в процессе испытаний нагружение исследуемого корпуса снаряда производиться одновременно, как от действия пороховыми газами, так и от обжатия ведущего пояска при врезания в канал ствола, определение влияния на упругопластическую деформацию таких конструктивных элементов ведущего пояска, как геометрическая форма, материал, канавка на корпусе АС для крепления ведущего пояска, в процессе не возможно;
-не возможно определение диапазона нагрузок от начала деформации до наступления нарушения сплошности материала (появление трещин) при локальном обжатии в зоне ведущего пояска, в связи с тем, что во время выстрела на предлагаемой установке фиксируется только давление пороховых газов.
Задачей (технический результат) предлагаемой установки является определение диапазона деформации корпуса снаряда при врезании ведущего пояска в канал ствола (определение диапазона нагрузок от начала деформации до наступления нарушения сплошности материала (появление трещин) при локальном обжатии в зоне ведущего пояска), а так же определение влияния конструктивных элементов ведущего пояска, таких как геометрическая форма, материал, канавка на корпусе АС для крепления ведущего пояска, обеспечение полной безопасности за счет исключения порохового заряда и регистрация величины деформации корпуса снаряда в процессе нагружения.
Поставленная задача достигается тем, что в известной установке для испытания снарядов при локальном обжатии в зоне ведущего пояска, которая содержит измеритель нагрузки, корпус стенда, пресс, матрицу и полый пуансон со свинцовыми прокладками в виде обрезанной кольцевой трубы, который совместно с матрицей и корпусом снаряда образует рабочее кольцевое пространство заполняемое церезином. Так же стенд содержит окно наблюдений для регистрации деформации с помощью индикатора часового типа.
На фиг. 1 приведен разрез корпуса установки для испытания снарядов при локальном обжатии в зоне ведущего пояска. На фиг. 2 представлен график остаточного прогиба корпуса снаряда без канавки вдоль образующей по наружной поверхности (а)схема измерений до и после локального обжатия; б) распределение величины остаточного прогиба вдоль образующей). На фиг. 3 представлен график изменения величины перемещения внутренней поверхности корпуса, от давления при различной глубине канавки (а) зависимость величины перемещения внутренней поверхности от удельного давления; б) параметры канавки под ведущий поясок). На фиг. 4 изображен
график влияния величины давления в зоне ведущего пояска на величину перемещений внутренней поверхности корпуса снаряда без канавки.
Установка для испытания снарядов при локальном обжатии в зоне ведущего пояска (фиг. 1) содержит пресс с измерителем нагрузки, матрицу 1 и полый пуансон 2, которые совместно с исследуемым корпусом снаряда 3 образуют рабочий объем 4. Уплотнение объема осуществляется свинцовыми прокладками 5, которые обеспечивают герметичность. Измерение перемещений внутренней поверхности корпуса осуществляется измерительным устройством с индикатором цифрового типа или тензометрическим блоком 6. Наблюдение за индикатором осуществляется через окно в пуансоне 7 и корпусе снаряда и установки.
Установка работает следующим образом: внутри корпуса снаряда размещается измерительное устройство с индикатором и совмещаются смотровые окна корпуса снаряда и полого цилиндра для фиксирования показания индикатора. Установка размещается на основании пресса. Рабочий объем в виде кольцевой полости заполняется церезином. Полый пуансон под действием усилия пресса сжимает церезин и создает давление в рабочем объеме. Это усилие регистрируется измерителем нагрузки, установленным на прессе (силоизмерителем). Давление распространяется по закону гидравлики во все стороны и, следовательно, на локальную кольцевую поверхность в зоне крепления ведущего пояска. По мере увеличения давления в рабочей полости, внутренняя поверхность корпуса начинает деформироваться и используется индикатор цифрового типа, фиксирующий величину перемещения внутренней поверхности, то есть полную деформацию. В результате увеличения давления прогиб внутренней стенки корпуса снаряда (в области расположения ведущего пояска) увеличивается до стадии нарушения сплошности. Полученный диапазон деформации стенок корпуса позволяет определить интервал удельных нагрузок (давлений). С помощью проведения таких экспериментов, определяется максимальный диапазон нагрузок от начала деформации до
наступления нарушения сплошности материала (появление трещин) при локальном обжатии в зоне ведущего пояска.
Геометрические размеры элементов установки и их прочность определяются из условия создания в рабочем объеме давления, способного вызвать остаточную деформацию корпуса.
Таким образом, при проведении испытаний собранная установка устанавливается на нижнюю плиту пресса и нагружается им. Усилие фиксируется по шкале измерительного устройства с точностью до 0,25 т. Пересчет осевого усилия qi производится по зависимости qi=kPi , где 
- постоянная величина, определяемая размерами полого пуансона. В зависимости от толщины стенки пуансона нагрузка будет связана с усилием на прессе 
, где Fкол - площадь кольца пуансона. Обеспечение безопасности при проведении испытаний осуществляется исключением порохового заряда. Рабочей средой, за счет которой происходит нагружение на ведущий поясок, является несжимаемое воскообразное вещество - церезин.
Все корпуса снарядов до и после испытаний измерялись в пяти сечениях согласно фиг. 2а). Для каждого сечения измерение проводилось в двух взаимно перпендикулярных плоскостях для определения среднего размера. После испытаний корпуса вторично обмерялись в заданных сечениях с целью определения отклонений профиля наружной поверхности от исходного (величин прогиба).
На фиг. 2б) представлено распределение остаточного прогиба по наружной поверхности корпуса снаряда. Максимальная величина прогиба определена в сечении 2 и она составляла 0,8 мм при удельном контактном давлении q равном 320 МПа. Величина прогиба линейно снижается до нуля на расстоянии примерно 100 мм в направлении головной части. Характер распределения прогиба вдоль оси снаряда несимметричен относительно максимума.
Для определения оптимальной толщины стенки корпуса при проектировании артиллерийского снаряда, а также влияния конструкции ведущего пояска (формы, геометрии, материала, глубины канавки для закрепления ведущего пояска) на величину деформации корпуса снаряда, установлена зависимость (фиг. 3а)) прогиба внутренней поверхности корпуса снаряда от удельного давления в зоне ведущего пояска. А так же влияние глубины канавки (т.е. толщины стенки корпуса снаряда) (фиг. 3б)) на величину перемещения внутренней поверхности (прогиба). На изменение величины прогиба влияет толщина стенки при одинаковом уровне удельных контактных давлений. Так, например, уменьшение толщины стенки на 25% при удельном давлении q=200 МПа приводит к увеличению прогиба WB (по радиусу) на 33%, при q=300 МПа - к увеличению прогиба на 50%. Это подтверждается результатами опытов, приведенными на рисунке 3.
Для регистрации величины перемещения внутренней поверхности корпуса снаряда при нагружении внутрь подготовленного корпуса (без головной части, со смотровым отверстием) устанавливалось измерительное устройство с фиксированием внутреннего диаметра, например, с помощью индикаторов часового типа или тензометрического блока.
На фиг. 4 показана зависимость перемещений внутренней поверхности корпуса снаряда от удельного давления в зоне ведущего пояска, из которой следует, что с увеличением удельного давления происходит изменение величины прогиба по линейной зависимости. Следовательно, эта зависимость позволяет определять допустимую величину удельного давления.
Таким образом, техническим результатом предлагаемой установки для испытания снарядов при локальном обжатии в зоне ведущего пояска является определение диапазона деформации корпуса снаряда при врезании ведущего пояска в канал ствола (определение диапазона нагрузок от начала деформации до наступления нарушения сплошности материала (появление трещин) при локальном обжатии в зоне ведущего пояска), а так же определение влияния конструктивных элементов ведущего пояска, таких как геометрическая форма,
материал, канавка на корпусе АС для крепления ведущего пояска, обеспечение полной безопасности за счет исключения порохового заряда и регистрация величины деформации корпуса снаряда в процессе нагружения.
Установка для испытания снарядов при локальном обжатии в зоне ведущего пояска, содержащая корпус стенда, измеритель нагрузки, окно наблюдений, отличающаяся тем, что она снабжена прессом, матрицей и полым пуансоном со свинцовыми прокладками в виде обрезанной кольцевой трубы, который совместно с матрицей и корпусом снаряда образует рабочее кольцевое пространство, заполняемое церезином.
