Влияние неоднородности материала кумулятивной облицовки на эффективность действия кумулятивного заряда Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 623.451.4.082.6

М.С. Воротилин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-05-50, vms-vorotilin@rambler.ru,

Т.И. Дронова, асп., (4872) 35-05-50, tanva141721 @гатЬ1ег.ги,

А.Н. Чуков, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-00-06 (Россия, Тула, ТулГУ)

ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ МАТЕРИАЛА КУМУЛЯТИВНОЙ ОБЛИЦОВКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ КУМУЛЯТИВНОГО ЗАРЯДА

Рассмотрено влияние структуры материала кумулятивной облицовки на динамический предел текучести, скорость, координаты схлопывания, глубину пробития.

Ключевые слова: размер зерна, соотношение Холла - Петча, динамический предел текучести, скорость схлопывания.

Новые результаты по теории взрыва [1] показывают, что форма и строение облицовки играют основную роль в процессе создания кумулятивных струй (КС). Решение задачи о взрывном метании кумулятивной облицовки (КО) неустойчиво. Прежде всего, это спонтанная неустойчивость - проявление свойства практически гладкой облицовки, связанное с влиянием множества факторов, одним из которых является разнозерни-стость металла КО.

Податливость КО деформирующим усилиям оценивается динамическим пределом текучести [2, 3]. В поликристаллических металлах влияние среднего размера зерна ё на величину предела текучести принято описывать с помощью соотношения Холла - Петча [4]

(1)

где а0- напряжение, характеризующее сопротивление пластической деформации со стороны кристаллической решетки и дефектов решетки, препятствующих движению решеточных дислокаций; к - коэффициент, характеризующий вклад в упрочнение со стороны границ зерен; ё - средний размер зерен.

Коэффициент Холла - Петча к является важной характеристикой зернограничного упрочнения. Он определяет рост предела текучести и напряжение разрушения при изменении размера зерна.

На основании экспериментальных данных научно-исследовательского физико-технического института Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, а также работ Н.А. Коневой были выведены зависимости коэффициента Холла - Петча от размера зерна в различных диапазонах:

а) 0,000014 < ё < 0,00008 мм:

+

к

■Л

к = А21п(ё) + А3, (2)

б) 0,00008 < ё < 0,001 мм:

к = А42 • ёт42, (3)

в) 0,001 < й < 2 мм:

к = А43 • ёт43, (4)

где А2, А3, А42, т42,А43, т43 - эмпирическиекоэффициенты.

Наибольшее расхождение значений коэффициента Холла - Петча, определенных по полученным коэффициентам (табл. 1), составляет 8 % по сравнению с экспериментальными данными.

Таблица 1

Коэффициенты Холла - Петча _________для двух типов металлов____________

Коэффициент Медь Алюминий

А2 0,057 0,038

А3 1,051 0,683

А42 1,229 4,271

т42 0,182 0,261

А43 0,568 0,613

т43 0,126 0,121

Для определения предела текучести металла с различной структурой находим разницу между составляющими соотношения Холла - Петча при значениях среднего диаметра зерна в металле заготовки и диаметрами зерна, полученных со шлифов:

к к-

А'=• (5)

Определяем предел текучести металла

СТГ = ^0 - А' , (6)

где о0- напряжение, характеризующее сопротивление пластической деформации со стороны кристаллической решетки и дефектов решетки, препятствующих движению решеточных дислокаций металла заготовки.

Режимы горячей обработки металлов и сплавов заданного химического состава давлением определяются в основном температурой, скоростью и степенью деформации, которые влияют в процессе деформирования на механические характеристики [5]. Одной из них является динамический предел текучести, базисное значение <уод которого определяется при средних значениях параметров в области динамических испытаний (для меди М1: I = 600°С, и = 5 с 1, £ = 40%), а затем с помощью термомеханических коэффициентов (температурного кт, скоростного ки и

степенного ке) распространяется на всю исследуемую область динамических испытаний. Термомеханические параметры коэффициентов кт,ке,ки для меди находятся в интервале значений Т = 450.. 950 °С, е = 0,1. ..0,8, и = 0,2...40 с 1.

При условиях высокоскоростной пластической деформации диапазон изменения аргументов функций термомеханических коэффициентов гораздо шире, чем при горячей прокатке. Аппроксимацией экспериментальных данных были выведены эмпирические коэффициенты (табл. 2) и расширен диапазон изменения аргументов функций термомеханических коэффициентов для меди М1.

Таблица 2

Определение термомеханических коэффициентов

Формула Интервал значений термомеханических коэффициентов Обозначе- ние Значение эмпирических коэффициентов

1 ТЭ ~ т1Т кТ = В1е 20...1200°С В1 5,58

т1 0,003

К = В2єт 2 10 9...0,1 В2 0,747

т2 0,081

0,1...2 В2 1,37

т2 0,34

к = В3ит 3 и 3 14,02...1399,57 с-1 В3 0,568

т3 0,138

1399,57...20965,7 с-1 В3 0,404

т3 0,185

С учетом вышеизложенного расчет динамического предела текучести предлагается осуществлять по зависимости

ст = К.а. - ВЖКК , (7)

где В = А. - изменение динамического предела текучести в зависимо-

сти

сти от среднего размера зерна металла КО; сгод, от - средние параметры базисного значение сопротивления деформации и предела текучести металла заготовки [5].

В результате разнозернистости материал обладает различным сопротивлением деформации, что, в свою очередь, приводит к неустойчивости материала КО и в процессе формирования КС влияет на скорость, угол схлопывания, приводит к отклонению элементов КО от оси кумулятивного

заряда (КЗ), формированию некруглости КС и, как следствие, к снижению пробития.

Было проведено исследование влияния различной микроструктуры метериала КО 100-мм боевой части для выстрела с управляемой ракетой ЗУБК 23-1 на эффективность действия КЗ. Микроструктура материала определялась по данным Научно-исследовательского физико-технического института Нижегородского государственного университета им.

Н.И. Лобачевского на основании ГОСТ 21073.1-75.

Влияние микроструктуры материала на координаты схлопывания элементов КО показано на рис. 1 - 3. Как видно из графических зависимостей, неоднородная микроструктура материала со средним размером зерна

0,044 мм (рис. 1) приводит к максимальному смещению элементов КО в момент формирования КС от оси КЗ на 0,0016 мм. Однородная микроструктура со средним размером зерна 0,044 мм (рис. 2) приводит к максимальному смещению, равному 0,0004 мм. Уменьшение среднего размера зерна до 0,0028 мм (рис. 3) позволяет достичь одновременного схлопывания элементов КО на оси КЗ.

-------------------0,0018 ---------------------,

о

шар

-0,В018

X, мы

Рис. 1. Координаты схлопывания элементов КО (неоднородная микроструктура; среднийразмер зерна 0,044 мм)

318 -0,0014 -0,0011 -0,0007 ІЙК0ДЮ4 0,0007 0,0011 0,0014 0,0

X, ыы

Ш

Рис. 2. Координаты схлопывания элементов КО (однородная микроструктура; средний размер зерна 0,044 мм)

Рис. 3. Координаты схлопывания элементов КО (однородная микроструктура; среднийразмер зерна 0,0028 мм)

Эффективность действия КЗ оценивается глубиной пробития и во многом зависит от микроструктуры материла КО. На рис. 4 показано изме-

нение глубины пробития КЗ в зависимости от среднего размера зерна и неоднородности материала КО.

мы

1450

1 350 1250 1150 1050 050 850 750 650

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

№ балла

О Однородная структура (1 балл зерна) □ Неоднородная структура (2 балла зерна)

о Неоднородная структура (3 балла зерна) А Неоднородная структура (4 балла зерна)

Рис. 4. Разброс глубины пробития 100 ммКЗ и изменение глубины пробития в зависимости от размера зерна и неоднородности микроструктуры

Из анализа графической зависимости следует, что максимальное пробитие обеспечивается однородной микроструктурой с мелким зерном, соответствующим баллам № 11 - 14 по ГОСТ 21073.1-75 со средними размерами зерна 0,0078...0,0028 мм. Уменьшение величины зерна с балла № 6 до № 14 приводит к увеличению стабильности действия КЗ в 2,3 раза. С появлением неоднородности (увеличением количества баллов зерен в металле с одного до четырех) эффективность действия КЗ при среднем балле зерна № 6 (0,044 мм) уменьшается на 28 %.

Таким образом, теоретическая оценка влияния микроструктуры материала КО позволяет прогнозировать эффективность действия КЗ. Использование эмпирических зависимостей в расчетах энергосиловых параметров КО дает возможность снизить себестоимость изделия за счет уменьшения количества испытаний.

Список литературы

1. Голубятников А.Н., ЗоненкоС.И., Черный Г.Г. Новые модели и задачи теории кумуляции// Успехи механики. №1 (январь - март). 2005. С. 31 - 93.

2. Дронова Т.И., Воротилин М.С., Тихомиров Д.М. Математическая модель функционирования кумулятивного заряда с учетом технологиче-

1 і 1 <1

і г Ч

у / г 1 / і Л й

4 г 1 / / г г з г 3 і і

■ I. 1 ' 4

С Ц 1 А и >, і? ■ " І 1

г Г '1

—І 1

ских факторов// Вестник ТулГУ. Сер. Актуальные вопросы механики. Вып.4. Т.2. Тула, 2008. С. 31-36.

3. Вопросы моделирования и конструирования кумулятивных зарядов: учеб. пособие/ М.С.Воротилин [и др.]. Тула: ТулГУ, 2003.

4. Козлов Э.В., Конева Н.А., Попова Н.А. Зеренная структура, геометрически необходимые дислокации и частицы вторых фаз в поликри-сталлах микро- и мезоуровня// Физическая мезомеханика. 12.4 (2009). С. 93-106.

5. Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением: справочник. М.: Металлургия, 1973. 224 с.

M.S. Vorotilin, T.I. Dronova, A.N. Chukov

PENETRATION A HOLLOW CHARGE AT THE MICRO STRUCTURAL IRREGULARITY EFFECT OFMETALL

The microstructure of metal a hollow at crimping process is considered. Particular attention is given to the effect of grain size on dynamic yield stress, impact velocity and coordinates.

Key words: grain size, Hall-Petch relations, dynamic yield stress, impact velocity.

Получено 03.10.11

УДК 004.942

А.Г. Захаров, ведущий конструктор, +7 (926) 265-76-32,

1zahar1@rambler.ru (Россия, Москва, ФГУП "ГосНИИАС"),

С.Л. Самсонович, д-р техн. наук, проф.,+7 (910) 414-07-26 (Россия, Москва, МАИ)

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КОРРЕКЦИИ КАНАЛА ДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРУЮЩЕГО СТЕНДА

Предложен алгоритм моделирования работы канала динамического моделирующего стенда, позволяющий выбрать параметры коррекции по уменьшению влияния погрешностей изготовления и сборки механизма передачи углового положения.

Ключевые слова: динамический моделирующий стенд, корректирующее устройство, моделирование.

Прогресс в создании нового поколения летательных аппаратов (ЛА) связан с увеличением высоты, скорости, дальности полета, маневренности, а также с повышением требуемой точности решения навигационных и других задач в процессе эксплуатации. Естественно, что вместе с требованиями к ЛА также растут требования и к оборудованию для их испытания. Одним из видов оборудования для полунатурных контрольноиспытательных работ, от которого зависит качество комплекса полунатур-