Ghostscript wrapper for D:\BBB-ARCH\ARCHIWUM-lata-78-71\MTS74_t12z1_4\mts74_t12z1.pdf M E C H AN I KA TEORETYCZNA I  STOSOWANA 1, U  (1974) O  M ETOD AC H   P O M I AR Ó W  P AR AM ETR ÓW  R U C H U   Z EWN Ę TR Z N EJ  POWIERZCH N I Ś CIAN KI  RU RY  R O Z P Ę C Z AN EJ  WYBU CH OWO WI KTOR  B A B U L ,  H E N R YK  D E R E N T O W I C Z ,  M AR E K  F R U C Z E K ,  ED WARD W Ł O D A R C Z Y K ,  Z BI G N I E W  Z I Ó Ł K O W S K I  (WARSZAWA) 1.  Wstę p W  dziedzinie  ba d a ń  n ad  przemysł owym  zastosowaniem  energii  materiał u  wybucho- wego wiele  prac  poś wię ca  się   obecnie  problemowi  wybuchowego  mocowania  i  zgrzewania rur  w  dn ach  oraz  ś cian ach  sitowych  róż n ych  urzą dzeń  przemysł owych,  a  w  szczególnoś ci urzą dzeń  ciepł owniczych  [1- 4]. W  każ dym  kon kretn ym  przypadku  otrzymanie  wł aś ciwego  zamocowania  lub  zgrzania rury  w  ś cianie  sitowej  m usi  być  poprzedzon e wyznaczeniem  param etrów ruchu ś cianki  rury w warun kach  dynam icznych  obcią ż eń.  Wartoś ci  tych param etrów  oraz ich zmianę  w  czasie wyznaczano  teoretycznie  w  pracach  [5- 8]  przyjmują c,  że  m asa  inercyjna  (osł ona  ł adunku wybuchowego)  i  m ateriał  rury  są   oś rodkami  nieś ciś liwymi.  Przybliż enie  to  w  wielu  prak- tycznych  przypadkach  nie  zdaje  egzaminu,  otrzymuje  się   w  rzeczywistoś ci  inny  charakter zmian  prę dkoś ci  ś cian ki  rury,  szczególnie  w  począ tkowym  okresie  jej  ruchu. Lepsze  przybliż enie  do  rzeczywistoś ci  daje  m odel  zaproponowany  w pracy  [9], w  której zbadan o  procesy  falowe  w  oś rodku  wielowarstwowym  z  uwzglę dnieniem  parametrów wytrzymał oś ciowych  poszczególnych  warstw.  M im o  to  nie m oż na jeszcze w  chwili  obecnej uwzglę dnić  teoretycznie  wiele  czynników  mają cych  wpł yw  n a  charakter  zmian  prę dko- ś ci  i  odkształ cenia  rozpę czan ej  wybuchowo  rury,  dlatego  też  równolegle  prowadzone  są prace  n ad  odpowiedn im i  m et o d am i  pom iarowym i. W  pracy  niniejszej  przedstawiam y  dwie  m etody  pom iarów  param etrów  ruchu  rury  — pojemnoś ciową   i fotoelektryczną .  P ierwsza  z nich umoż liwia  dokł adny pomiar ruchu ś cianki rury  w  ograniczonym  zakresie  zm ian  param etrów  ruch u.  D ruga  natom iast nie  m a  ograni- czeń  ze  wzglę du  n a  zakres  pom iarów,  jedn ak  w  porówn an iu  z  pierwszą   jest  mniej  do- kł adn a. M etodę   pojemnoś ciową   stosujemy  w  przypadkach,  kiedy  chcemy  mieć  dokł adną   in- formację   o  poszczególnych  fragm en tach  ruchu  badan ego  obiektu,  n atom iast  metodę fotoelektryczną   stosujemy  wtedy,  kiedy  interesuje  n as cał ość ruchu bez wchodzenia w  szcze- gół y  poszczególnych  jego  faz. W  pun kcie 2  dajemy  opis  m etod, w  trzecim  omawiamy  wyniki pom iarów.  W  punkcie 4 zamieszczamy  wnioski  dotyczą ce  przedstawionych  m etod  i  otrzymanych  za  ich  pomocą wyników  pom iarowych . 86  W.  BABU L,  H .  D EREN TOWICZ,  M.  F RU CZEK,  E.  WŁOD ARCZYK,  Z .  ZIÓŁKOWSKI 2.  Opis  metod  pomiarowych 2.1.  Metoda pojemnoś ciowa.  M etoda  pojemnoś ciowa  o part a  jest  n a  wykorzystaniu  zja- wiska  zmiany  pojemnoś ci  koń cowej  gł owicy  w.cz.  p o d  wpł ywem  oddział ywania przemie- szczają cej  się   ś cianki  rury.  Z m ian a pojemnoś ci  powoduje  odstrojenie  rezon atora od czę sto- tliwoś ci  rezonansowej,  wskutek  tego  zmienia  się   sygnał   w.cz.  podawan y  n a  detektor. N a  wyjś ciu  detektora  otrzymuje  się   sygnał ,  którego  am plituda  jest  funkcją   odległ oś ci ś cianki  rury  od  czoł a  gł owicy  w.cz.  Sygnał   ten jest  rejestrowany  n a  lam pie  oscyloskopu. Rys. 1 Schemat ukł adu pomiarowego pokazan o n a rys.  1. G ł owica w.cz. czujnika  pojemnoś cio- wego 7, umieszczona jest w  obsadzie  8 zam ontowanej  obrotowo  n a  karetce 9,  umoż liwiają- cej jej  pł ynne precyzyjne  przesuwanie  po prowadn icach statywu  10 w  kierun ku n orm aln ym do  tworzą cej  ś cianki  rury  4. Wartość  zmian  odległ oś ci czoł a  gł owicy  w.cz.  od powierzchni rury  wskazuje  mikrometryczny  czujnik  zegarowy  11  o  dział ce elem entarnej  e  =   0,01mm. Statyw  czujnika  pojemnoś ciowego  umieszczony jest n a pł ycie podstawowej  przyrzą du  5, sł uż ą cego  do  sztywnego  zamocowania badan ej  rury.  G en erator G  o  stabilizowanej  czę sto- tliwoś ci  i mocy  wyjś ciowej  generują c  falę   cią głą   w  paś m ie  200  M H z  zasila  gł owicę   w.cz. Odległ ość czoł a gł owicy w.cz. od powierzchni rury  4 wpł ywa  n a pojem n ość jej  obwodu rezo- nansowego  ustalają c  w  ten  sposób  poziom  sygnał u  wyjś ciowego,  który  zostaje  podan y  n a wzmacniacze  odchylenia  pionowego  oscyloskopów  I  i  I I .  Z apaln ik  1  inicjuje  detonację ł adun ku  wybuchowego  2  powodują c  zwarcie  czujnika  6.  I m puls  czujnika  wyzwala  oscylo- skop I oraz ukł ad  komenderują cy  K,  który  realizuje  opóź n ione wyzwolenie podstawy  czasu oscyloskopu  I I ,  umoż liwiając  ś ledzenie  wybranych  fragmentów  procesu  rozpę czania. Jednocześ nie  powierzchnia  ś cianki  rozpę czanej  rury  zbliż ając  się   do  czoł a  gł owicy  w.cz. powoduje  zmianę  jej  pojemnoś ci modulują c  am plitudę  napię cia wyjś ciowego.  Rejestrowany n a ekranie oscyloskopu  sygnał  jedn ozn aczn ie okreś la  przemieszczenia ś cianki rury  w  czasie. P rzed  każ dym  pom iarem  przeprowadzon o  skalowanie  ukł adu  w  warun kach  statycz- nych  zmieniają c  odległ ość mię dzy  czoł em  gł owicy  w.cz.  a  ś cianką   rury  n a  przewidywanym O  M ETODACH  POM IARÓW  PARAM ETRÓW  RU CH U  ZEWNĘ TRZNEJ  Ś CIANKI  RU RY 87 zakresie  pom iarowym .  Skalowanie  przeprowadzon o  w  odcinkach co  0,02 m m  rejestrują c spowodowane  tym  zm iany  n a  ekran ie lampy  oscyloskopu.  Wybranie  tak  mał ej  bazy  skalo- wania  zapewnia  dokł adn ość  rejestracji  okoł o  I - r- 2%. 2.2.  Metoda  fotoelektryczna.  I st o t a m etody polega  n a zastosowaniu  fotopowielacza  prze- kształ cają cego  zm ian ę   strum ien ia  ś wietlnego,  m odulowan ego  odkształ ceniem  ś cianki rozpę czanej  rury,  n a  zm ian ę   n apię cia  rejestrowanego  n a  lampie  oscyloskopu  katodowego OSA- 601. Zasilacz stabilizowany OSA- 601 Mad WIJZW. Zasilacz  wyso- kiego napię cia' - f c= Rys. 2 Schemat u kł ad u pom iarowego  pokazan o n a rys.  2. Strumień ś wietlny  z ż arówki  o linio- wym  wł óknie  1,  (U  =   7V  i  /   =   0,3A),  przechodzą cy  przez  szczelinę   w  diafragmie  2, skupiony  w  soczewce  3,  skierowan y  jest  n a  fotokatodę   fotopowielacza  4  i  powoduje  pow- stanie  n a  jego  wyjś ciu  odpowiedn iego  sygnał u  elektrycznego.  Przy  detonacji  ł adunku wybuchowego  5  czujnik  6  powoduje  «start»  oscyloskopu.  Jednocześ nie rozpę czana rura  7 powoduje  przysł an ian ie szczeliny  i  zm ianę   strum ienia  ś wietlnego.  W  ten  sposób  uzyskuje się   n a  wyjś ciu  fotopowielacza  i  n a  lampie  oscyloskopu  zmianę   napię cia  odpowiadają cą zmianie  odkształ cen ia rozpę czan ej  rury. P rzeprowadzon e  pom iary  poprzedzon o skalowaniem  statycznym  ukł adu pomiarowego. W  zwią zku  z  zastosowan iem  wzmacniaczy  prą du zmiennego strumień ś wietlny  przy  skalo- waniu  m odulowan o przy  uż yciu  wirują cej  przesł ony 8  umieszczonej  n a  osi  silniczka  elek- trycznego 9. Skalowanie przeprowadzon o pun ktowo co 0,5mm przy uż yciu mechanizmu 10, odczytują c  am plitudę  im pulsów  n a lam pie oscyloskopu.  P un kt pracy  wybierano  n a prosto- liniowym  odcin ku krzywej  skalowan ia. D odatkowo  opracowan o  m etodę   skalowania  dynamicznego  w  trakcie  wł aś ciwego  po- m iaru.  W  tym  celu  szczelinę   w  diafragmie  2  wykon an o  w  postaci  okienek  o  dł ugoś ci 0,3 m m  w  odstę pach1 co  0,2 m m .  Otrzym an o  schodkowy  wykres  przemieszczenia  ś cianki 88 W.  BABU L,  H .  D EREN TOWICZ,  M.  F RU CZEK,  E.  WŁOD ARCZYK,  Z .  ZIÓŁKOWSKI rury,  pozwalają cy  n a  bezpoś redni  odczyt  rzeczywistej  wartoś ci  tego  przemieszczenia  dla poszczególnych  odcinków  czasowych.  Z astosowana  m etoda  skalowan ia  zapewnia dokł ad- n ość odczytu  okoł o  10%. 3.  Wyniki  pomiarów Z a  pomocą   metody  fotoelektrycznej  przeprowadzon o  badan ia  procesu  wybuchowego rozpę czania  rur  o  ś rednicy  zewnę trznej  d 2   =   51  m m i  gruboś ci  ś cianki  g  =   3  m m ,  wykona- nych  ze  stali  K10.  D o  badań  uż yto  walcowych  ł adun ków, w  których  obudowę   stanowił y masy  inercyjne  o róż nej  gę stoś ci,  n atom iast m ateriał em  wybuchowym  był  heksogen  flegma- tyzowany  o  gę stoś ci  Q 0   as  0,9g/ cm 3. Rys. 3 1  '  •: 4 .   '  j "  • »  • " • •"  i j • • - • ''  •  ' i -   » • , ; i  • • • .•   • ' > + , ; ' , ' •   » • • . . ; - ; • ' ••   - y  . • . • • > : * , : : :  • . • • :-   ' • . • • ' • . . . . ; ,—  • ••   • . : • :  n m i\   •   i  :  f :  i  .  ...  »• .•.  * .  i.  .  t 1   •   ,   • •   i  . . . . • - • • ' • -• f  ;  ;.'"j  ,   ;• ; - . ,  , . |   ; . - t .  . ;  - ; •.  ;•   r , - . ; ;  . I  - '" '" • •-   - f V i ' ' . . -   • ..:'*•   •   '  •   • j  >  • ;• ...,   . :. i. , . Ł, - , . , . , >, Rys. 4 P rzykł adowe  wyniki  pom iarów  pokazan o  n a  rys.  3  i  4.  Przedstawiają   one  zm iany  od- kształ cenia  ś cianki  rury  w  czasie  dla  ł adun ków, w  których  masą   inercyjną   był a  parafin a O  METODACH  POMIARÓW  PARAMETRÓW  RUCHU   ZEWN Ę TRZN EJ Ś CIANKI RURY 89 o  gę stoś ci  gi  &  0,9g/ crn 3,  n atom iast  m ateriał   wybuchowy  posiadał   ś rednicę   d Q   =  5 m m (rys.  4) i  d 0   =  6,5mm  (rys.  3). Obliczone  n a  podstawie  przebiegów  oscyloskopowych  odpowiednie  przebiegi  zmian odkształ cenia  ń r 2   = / ( 0  i  prę dkoś ci  V,  = f(t)  ś cianki  rury  pokazan o  n a  rys.  5  i  rys.  6. Ar Z "F(t) Rys. 5 W   30  40  50 100  t  ys R ys.  6 90 W.  BABU L,  H .  D EREN TOWICZ,  M .  F RU CZEK,  E.  WŁOD ARCZYK, Z . ZIÓŁKOWSKI P odobn e  wykresy  zm ian Ar 2   = f(t)  i  V r   =f(t)  otrzym an o  dla róż nych  rodzajów  m as inercyjnych  przekonują c  się  o  duż ym  wpł ywie  gę stoś ci  i  ich struktury  wewnę trznej  n a charakter  dynamicznego  odkształ cenia  ś cianki  rury.  P rzykł ad  takiego  oddział ywania ilu- strują   wykresy  pokazan e  n a rys. 7 i rys.  8. P odan o n a nich  zm ian ę   wartoś ci  odkształ cenia i  prę dkoś ci  ś cianki  dla m as  inercyjnych  posiadają cych  gę stość  Q 1  «  0,9, 2,0 i  2,26 g/ cm 3 (odpowiednio: parafina,  plastelina i parafin a  z ziemią   okrzem kową )  przy jedn akowej  ś red- nicy  materiał u  wybuchowego,  wynoszą cej  d 0   =   5 m m . mmi 2,0 1,5 1,0 0,5 0 Vr  • m/ s' 80 60 40 W 0 uti  n'/ Plastelina  ^ ^ _ _ - Parafina i  i 10  20 I  I 10  W \ ^  Pi- 0,9 \   Parafina+ziemia \   okrzemkowa i  i  i  i 30  40  50  60 Rys.  7 Vr- F(t) Plastelina Parafina> V / ^  Parafina* ziemia X \ ^  okrzemkowa i  i  ^af—»r* i* ^= 30  40  50  60 I  ^ 70 t  fJS 70 t (JS Rys.  8 P rzedstawione  wyniki  pom iarów  wykazują ,  że dla dwóch  m as  inercyjnych  o  zbliż onej gę stoś ci  m oż na  uzyskać  róż ne  wartoś ci  odkształ ceń  i  prę dkoś ci  ś cianki  i  odwrotn ie dla mas  o róż nych  gę stoś ciach  omawiane  wartoś ci  równ e.  Wynika  stą d,  że zm ian a  prę dkoś ci i  odkształ cenia ś cianki  przy  ustalon ym  ł adun ku  m ateriał u wybuchowego  zależ y  od struk- tury  masy  inercyjnej  i  stopn ia jej  porowatoś ci,  a  wię c  od zdolnoś ci  tł um ienia  fali  uderze- niowej, jej  wytrzymał oś ci,  lepkoś ci  i  innych  wł asnoś ci  decydują cych  o  stopn iu  dysypacji energii  wyzwolonej  przy  detonacji  m ateriał u  wybuchowego. Z  kolei  n a rysunkach  9, 10, I I  pokazujemy  oscylogramy  uzyskane  m etodą   pojemno- ś ciową   dla ł adun ków wybuchowych  o  ś rednicach 4, 5 i  6m m .  N a oscylogramie  przedsta- O  METODACH  POMIARÓW  PARAMETRÓW  RU CH U   ZEWN Ę TRZN EJ  Ś CIANKI RURY 91 Rys. 9 Rys.  10 wionym  n a rys.  11 nie zarejestrowan o  maksymalnej  wartoś ci  odkształ cenia, co zwią zane jest z  ograniczonym  zakresem  pom iarowym  czujnika.  Opracowane  wyniki  pom iarów  zmiany przyrostu  prom ien ia  w  funkcji  czasu  pokazan e  są   n a  rys.  12. P un ktam i A  i  B zaznaczono tutaj  trwał y  m aksym aln y  przyrost  prom ien ia  rury  —  ARmax.  U zyskano  bardzo  dobrą zgodność  wyników  dotyczą cych  trwał ych  odkształ ceń  rury,  zmierzonych  za  pomocą m ikrom etru  i  odczytan ych  z  oscylogramów. P un ktam i  c,  d  i  e  zazn aczon o  chwile  rozpoczę cia  ruchu  ś cianki  rury.  Wynoszą   one odpowiedn io:  dla  ł adun ku  o  ś rednicy  4m m  —  10(JLS,  dla  5m m —  9[xs  i  dla  6m m —  8\ is. M ikrosekun dowe  róż nice  w  czasach  rozpoczę cia  ruchu  ś cianek  rur  zwią zane  są   przede 92 W.  BABU L,  H .  D E R E N T O WI C Z ,  M .  F R U C Z E K ,  E .  WŁ O D AR C Z YK ,  Z .  Z I Ó Ł K O WSK I wszystkim  ze zmienną  gruboś cią   masy inercyjnej  spowodowaną   rosną cą   ś rednicą   ł adun ków wybuchowych  oraz w  mniejszym  stopniu  spadkiem  intensywnoś ci  fali  uderzeniowej  w  pla- stelinie. Rys.  11 AR  , mm ty 2,0 1,S ii Q4 0 - B A - - i ni c. 3 / \ I /   i 20  4 L /   1 /   Arl m/n 02 0.1 I l  i 7  OT  50 / • i 100 • H3.  F o p .  H  B 3p . ,  Jvfe  3 ,  1967. 6.  P .  I T.  J H B M K ,  C . C .  KPAOH OBCKH H J  A. I \   T E C J I E H K O ,  npuÓAUotcembiu  pacuem  ocecuMMempummx deuoKeuuu  cmemu  mpyów  npu decfiopMauuu aspiMoju, H3.  F o p .  H  B 3 p . s  Na 2 ,  1968. 7.  A. B. KAiiiHPCKHftj  K ) . B .  K OP OBH H J  B . A.  OflH H upB,  J I . A. ^yflO B,  VucAeHHoe pmuenue  deyMepuou uecmatfuoHapHOu  :KReHi>i  ft»a  Meioffa  H enpepbiBH oro  H 3M epeiuui  napaiueTpoB flH H )KCH H n n n c u m e ii noBepxH ocTH   CTCHKH   T py6w3  pauiH paeMoft  nspwBOM   aapH «a B. B. O  METODACH   POMIARÓW  PARAMETRÓW  RU CH U   ZEWN Ę TRZN EJ Ś CIANKI  RURY  95 —  eMKOCTHWH, naeT BO3MOTKHOCTB  T O ^ H O  H3MepHTb flBH JKeH H e CTeiiKH  Tpy6bi  B  o rp a- flnana3OH e  H3MeHeHHii  napaiwexpoB flBH >iiHOM   BJI H H H H H   (J)H3HKo- MexaHHM  ecKHX  CBOH CTB  HHepiiHOHHoro MaTepHajia  n a n apaiweipbi flBH H ceH H H  CTCHKH   ip y6b i. S u m m a r y ON   M EASU REM EN T  M ETH OD S  O F   K I N E M AT I C  PARAM ETERS  OF   EXTERN AL  WALL SU RF AC E  O F   A  TU BE  SU BJECT  TO  EXPLOSIVE  EXPAN SION Both  the capacitive  an d  photoelectric methods  of  measurement  of  kinematic parameters  of  the out- side wall of  a tube subject  to explosive expanding  are discussed  in this paper. The first method gives correct measurements of kinematic parameters of  the  inside surface,  but the measuring range is limited. The second one  gives a  possibility  of  measurements  without  limitation  in range,  but  the accuracy  is less than  that in the  first method. Both methods  mentioned  above  are  complementary  and  cover  all  measuring  ranges.  They  are  simple and  very useful  in  applications. F rom  the  experiments  performed  a  suggestion  follows  that  properties  of  the  intermediate material locked  between  the explosive  charge  and  the  tube  significantly  influences  the kinematic  parameters  of  a tube  wall. WOJSKOWA  AKADEMIA  TECHNICZNA Praca został a zł oż ona w Redakcji  dnia 20 lipca  1973 r.