Способ определения скорости перемещения поверхности оболочки

 

Изобретение относится к измерительной технике, к определению деформаций цилиндрических оболочек оптическими методами. Цель изобретения - увеличение точности и расширение диапазона определяемых скоростей посредстовм учета изменения параметров газа в результате прохождения через него волн уплотнения и разрежения. Определение скорости перемещений производят с учетом изменения газовых параметров в результате прохождения по газовой среде всех предыдущих волн уплотнения и разрежения. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 11/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1288500 (21) 4675366/28 (22) «.04.89 (46) 07,07.91. Бюл. № 25 (71) Истринский филиал Всесоюзного энергетического инсгитута им, В,И.Ленина (72) В.А.Деревщиков (53) 531.781,2 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1288500, кл. G 01 В 11/16, 1987. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ОБОЛОЧКИ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению деформаций цилиндрических оболочек оптическими методами, и является усовершенствованием способа по авт.св, ¹

1288500, Цель изобретения — увеличение точности и расширение диапазона определяемых скоростей посредством учета изменения параметров газа в результате прохождения через него волн уплотнения и разрежения.

На фиг.1 приведена типичная теневая кинограмма процесса колебания оболочки; на фиг.2 — зависимость амплитуды радиальной скорости оболочки от времени; на фиг.3 — осциллограмма разрядного тока.

Способ осуществляется для частного случая индукционно-динамического воздействия на цилиндрическую оболочку магнитного поля одновиткового индуктора, охватывающего оболочку с зазором порядка

0,5 мм.. Ы Ä 1661568 А2 (57) Изобретение относится к измерительной технике, к определению деформаций цилиндрических оболочек оптическими методами. Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона определяемых скоростей посредством учета изменения параметров газа в результате прохождения через него волн уплотнения и разрежения. Определение скорости перемещений производят с учетом изменения газовых параметров в результате прохождения по газовой среде всех предыдущих волн уплотнения и разрежения. 3 ил.

На индуктор разряжается емкостный накопитель энергии (ЕНЭ), имеющий емкость 60 мкФ и заряженный до напряжения

15 — 25 кВ. Оболочку из сплава Д16Т длиной

40 мм, с внешним диаметром 25 мм, толщиной стенки 0,5 — 3 мм вместе с индуктором помещают в рабочее поле теневой шлиренсистемы. Регистрация теневой картины в момент ударного нагружения осуществляется скоростным фоторегистратором типа

СФР-1. Однако в отличие от прототипа в данном случае используется режим непрерывной щелевой развертки с ориентацией щели вдоль вертикального сечения оболочки. Указанный режим обладает определенными преимуществами по сравнению скадровой разверткой, в частности большим временным и пространственным разрешением и автоматической записью на фотопленке временной зависимости положения волновых фронтов, которая в прототипе строилась вручную, 1661568

При индукционном взаимодействии тока в одновитковом индукторе и тока, наведенного в оболочке, последняя отталкивается от индуктора, и перед ее внутренней поверхностью образуется волна уплотнения (BY), движущаяся к оси оболочки (первая темная наклонная полоса на кинограмме на фиг,1), Поскольку время ускорения конечно (оно =- 5 мкс при длительности периода разрядного тока 25 мкс,, фиг,2, 3), каждое последующее в заданном временном интервале возмущениеусиливает предыдущее, в результате чего образуется слабая уда рная вол на (УВ), имеющая скорость порядка 400 м/с, Образование

УВ происходит на расстояниях от поверхности оболочки, не превышающих 2 мм (400 м/сх 510 с=2 мм), BY остается прижатой своим задним фронтом к стенке до тех пор, пока происходит ускорение оболочки. Отделение заднего фронта первой волны уплотнения(ЗФВУ ) происходит в момент равенства нулю ускорения оболочки, Замедление ускорения несмотря на возрастание разрядного тока возникает в результате увеличения зазора между оболочкой и индуктором, возрастания упругих сил деформации, а также диффузии магнитного поля во внутреннюю полость оболочки.

Поскольку заключительные фазы ускорения происходят при уменьшающихся значениях последнего, образование BY согласно газодинамической теории должно происходить для все более поздних моментов времени(т.е. на больших расстояниях от стенки оболочки). Поэтому в целом BY выглядит на кинограмме несколько размытой, особенно в окрестности стенки. При удалении от стенки размытость уменьшается, хотя и остается достаточно заметной, После отделения ЗФВУ от стенки BY

1 продолжает движение к оси оболочки приблизительно с постоянной скоростью, если не учитывать некоторого ее усиления, связанного со сходимостью цилиндрической волны с нестационарностью.

После прохождения ускорения через нуль процесс торможения оболочки продолжается, так как теперь он дополнительно стимулируется тем, что разрядный ток после прохождения через максимум начинает падать. Все это приводит с определенного момента времени к уменьшению радиальной скорости оболочки, спутный поток газа опережает ее и перед поверхностью оболочки возникает волна разрежения (ВР ), передний фронт которой (ПФВР ) движется

1 по спутному потоку газа с абсолютной скоростью, равной скорости ЗФВУ (достигну1

К+(Р ;.

Ll+a а + IJ Да =-а - 1)

0 1 "О д

k-1 к-( а=а,+ U о=а,— г (2) 45 где U — скорость газового потока,,àâíàÿ сксрости перемещения стенкл: а, ао — местная скорость звука и скорость звука для покоящегося газа соответственно;

50 Ср

К =, — отношение теплоемкостей, - / равное 1,4 для воздуха;

Ср — теплоемкость при постоянном давлении;

Cv — теплоемкость при постоянном объеме.

Используя экспериментальные значения О а, определяемые по кинограммам, с помощью соотношений (1) находят скоротая местная скорость звука а плюс скорость спутного потока газа).

Поскольку участок теченля с квазипостоянной максимальной скоростью практи5 чески конечен во времени, то обе волны оказываются разделенными областью стационарного течения газа со скоростью, равной скорости спутно о потока после прохождения BY .

10 Образование ВР вызывает обратный

1 по направлению к оболочке поток газа, скорость которого постепенно увеличивается по мере уменьшения скорости ВР, Этот

1 процесс продолжается до тех пор, пока, по15 меняв знак, скорость оболочки не достигнет максимального по абсолютной величине, но противоположного по направлению значения. В этот момент времени задний фронт первой волны разрежения ЗФВР отделяет20 ся от стенки и начинает движение к оси оболочки с квазипостоянной скоростью, Для отрицательной полуволны тока процесс колебания оболочки протекает аналогично. Таким образом, можно получить

25 интересующие значения для всех последующих полупериодов, Скорость волновых фронтов определяют как тангенс угл- наклона следа фронта на фотоматериале относительно гсризон30 тальной оси времени с учетом временно "0 и пространственного масштабов, Г)олученHbI8 таким 05р330М значения cYTb абсолютные волновые скорости U н à, or; cürâàåè е выражениями

1661568 сти газовых потоков или скорости перемещения стенки. Для каждой последующей волны при нахождении скорости U используются скорректированные значения ао, определяемые с помощью соотношений (2) и 5 учитывающие изменение состояния газа после прохождения по нему предыдущей волны — аО7, ас2, ..., ал.

B соответствии со сказанным расчетное по кинограмме фиг.1 экспериментальное 10 значение U+ а для 3фBY равно "381 м/с, откуда согласно (1), находим U+ = 30 мlс, 1

При этом для начальной скорости звука в, покоящемся газе 3Q использовалось значение, равное 345 м/с (Т = 293 К}. 8 конце 15 ускорения скорость звука а, согласно (2), становится равной 351 м/с, Это значение используется далее в качестве ао = ао7 при рассмотрении ВР, задний фронт которой

7" описывается правой частью выражения (1) с 20 изменениемзнака на противоположный, по.скольку соотношение (1) написано для случая Взаимно лротивополсжных направлений распространения BY и ВР, в отличие от настоящего случая, "îãäà эти на- 25 правления совпадают

1+1 < у

al-u =ct — — 0 а =-д о g - i o< о

Для местной скорости звука после про- 30 гз 7 хождения В - справедливо соотношение

k -1 а=а =а,— — П (4) ог с, и

СДля U- и à oz находим значения 38 и 343 35 м/с соответственно. Аналогичным образом находят значения U+ для последующих полупериодов тока. Соответствующие значения приведены на фиг,2 в сравнении со значениями, полученными в предположе- 40 нии малости возмущений (обозначены крестиками), Найденные поправки более существенны для нечетных четвертей периода разрядного тока (фиг.3), когда образуется волна 45 уплотнения и происходит разогрев газа прошедшей BY. При обратной ВР газ вновь охлаждается и приближается по своим параметрам исходному состоянию, если амплитуды U+ и U- близки по величине, Это ! имеет место в частном случае для тонкостенных оболочек, когда существенна ооль диффузии магнитного поля во внутренчюю полость. При уьеличении толщины стенки обратная волна выражается все более слабо, эффективность охлаждения уменьшается, а поправка для скорости обратного знака увеличивается.

Формула изобретения

Способ определения скорости перемещения поверхности оболочки по авт,св, М 1?88500, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и расширения диапазона определяемых скоростей посредством учета изменения параметров газа в результате прохождения через него волн i плотнения и разрежения, после нахождения моментов времени, при которых фронты отделяются от поверхности оболочки, определяют последовательные амплитудные значения скорости Un перемещения поверхности оболочки в зависимости от числа и учтенных предыдущих волн уплотнения и разрежения из следующих соотношений

К вЂ” 7

Un - — Воп =- «ао,п —" +

К вЂ” 7

>on = ао.n — 1 —

Un где Ь> — амплитудные значения скорости перемещения поверхности оболочки;

a«, — ме тная скорость звука при прохождении и-й волны, С

К = — — — отношение теплоемкостей;

С, ао — скорость звука покоящегося газа в исходном состоянии;

Ср — теплоемкость при постоянном давлении:

Cv — теплоемкость при постоянном объеме. 661568 о

7, <О

1661568

Ы/у, 05

Составитель Б. Евстратов

Редактор О, Хрипта Техред М.Моргентал Корректор Т,Палий

Заказ 2115 Тираж 386 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101