一种水下爆炸冲击等效加载实验测试系统及其测试方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水下爆炸冲击等效加载实验测试系统及其测试方法，包括：子弹发射系统、子弹测速系统、水靶舱系统以及压力测量系统；通过子弹撞击水靶舱系统将子弹动能转化为水靶仓内的冲击载荷，最终冲击载荷加载在被测试件上，并且通过压力测量系统测得该压力时程；本发明专利技术能够在实验室条件下很好的等效出水下爆炸等效加载，且具有可控性强，操作简单、实验危险性低，可重复性强，实验成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冲击动力学领域，具体涉及，用于水下冲击动力学及实验力学测试实验。
技术介绍
为提高水中装备的生存能力，其防护结构一直是研究的重点。近年来提出了一系列的新的复合材料以及夹层板结构，基于霍普金森杆实验技术对新型结构以及材料的研究有大量的文献可参考，但对其在水下爆炸冲击作用下的研究却较少，且实验手段更为有限。由于结构与材料对水下爆炸冲击响应理论研究相当困难，因此只能借助于实验与数值模拟研究方法。由于国内有限元商业软件的匮乏，只能借助于国外已有的大型有限元商业软件，但是在水下爆炸方面，由于美国在软件核心模块的对华禁运，以及大型复杂模型的复杂性，采用数值模拟方法很难得到与实际情况接近的结果。综合以上因素，通过实验手段研究新型机构和材料对水下爆炸的冲击响应就显得尤为重要。现有的实验手段主要是通过水池爆炸试验以及小当量水下爆炸实验。这两种实验手段都需要很高的实验成本，实验硬件设施要求高，实验效率低，且具有相当程度的危险性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，实现了在实验室条件下等效水下爆炸等效载荷加载实验，同时可以对冲击波与结构的相互作用机理以及结构的冲击响应规律进行研究。实现本专利技术目的的技术解决方案为:一种水下爆炸冲击等效加载实验测试系统，子弹发射系统、子弹测速系统、水靶舱系统以及压力测量系统；依次设置子弹发射系统、子弹测速系统、水靶舱系统，压力测量系统设置在水靶舱系统舱壁。所述子弹发射系统包括火枪-和子弹，通过火枪-驱动子弹，子弹为长度不同的圆柱形铝制弹丸，通过改变子弹长度，改变子弹质量。所述子弹测速系统由两套平行设置的时间记录仪组成，时间记录仪包括两张导电纸和双通道时间通断记录仪，两张导电纸的导电层不接触，两张导电纸分别与双通道时间通断记录仪连接，两套时间记录仪的导电纸间隔30-80cm平行布置，时间记录仪的导电纸设置在子弹的飞行路径上。所述水靶舱系统由水靶舱、活塞、O型圈、被测试件和固定装置组成；水靶舱为圆柱形通管，沿活塞外壁周向开有一圈凹槽，O型圈设置在上述凹槽中，将装有O型圈的活塞放置于水靶舱的一端，用于密封；在水靶舱另一端的端口上开有一圈凹槽，O型圈设置在上述凹槽内，被测试件设置在水靶舱的另一端端口紧贴O型圈；固定装置包括地座、固定件和支撑件，固定件中心设有圆孔，圆孔直径等于水靶舱外径，两个固定件和支撑件沿直线依次设置在地座顶部，两个固定件用于固定水靶舱，被测试件顶在支撑件上，防止被测试件从水靶舱上脱落。压力测量系统包括压力传感器、电荷放大器、数据采集卡和计算机，在水靶舱外壁设有螺纹孔，上述螺纹孔距离被测试件距离为1/5-1/10水靶舱的长度，在螺纹孔内设置压力传感器；压力传感器与电荷放大器相连接，电荷放大器与数据采集卡连接，数据采集卡再与计算机连接，压力传感器将测得的电信号传到电荷放大器，经过电荷放大器的放大后的电信号接入数据采集卡，最后通过计算机处理数据得到压力时程曲线。上述数据采集卡的采样频率不小于400KHz。被测试件为表面平整的板材；子弹材质为钢、玻璃、岩石、铝或泡沫铝；水靶舱采用不锈钢或有机玻璃。一种水下爆炸冲击等效加载实验测试系统的测试方法，方法步骤为:步骤)通过火枪将子弹射出；步骤)子弹通过子弹测速系统，当子弹穿过时间第一套时间记录仪的导电纸时，上述导电纸通电，正常状态下两张导电纸的导电层未接触，处于断路状态，当子弹击穿导电纸时，两张导电纸导电层接触，形成通路，与导电纸相连的双通道时间通断记录仪开始计时；当子弹通过第二套时间记录仪时停止计时，即第二套双通道时间通断记录仪停止计时；由两套时间记录仪相间隔距离除以双通道时间通断记录仪所记录时间，得到子弹的飞行速度；步骤)子弹通过测速系统后撞击在水靶舱系统的水靶舱顶部的活塞，由撞击产生的压力波通过活塞传递至水靶舱内的水介质，通过水介质，将载荷加载到被测试件上；步骤4)当水靶舱内的压力波传递至压力测量系统所布置的位置时，压力传感器会产生一个微弱的电信号，将此电信号传递至电荷放大器，将信号放大后传递至数据采集卡，最后通过计算机对数据采集卡所采集的数据进行处理得到水靶舱内的压力时程曲线。本专利技术与现有技术相比，其显著优点:本专利技术通过撞击的方法获得水下爆炸冲击波的等效加载，能够在不使用炸药的条件下实现对新型材料以及典型结构对爆炸冲击波的冲击响应。实验的安全性大大提高，且实验具有较高的可重复性，实验成本低，实验出错几率小，能够极大程度上提高实验效率。【附图说明】图1为本专利技术的试验系统示意图。图2为本专利技术的水靶舱系统示意图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术设计原理如下:依据多年的试验结果与理论分析，Cole以及Zamyshlyaye得到了水下爆炸冲击波在水中的传播规律。以TNT炸药为例，其波峰值压力Ptl与炸药质量的关系为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下爆炸冲击等效加载实验测试系统，其特征在于：子弹发射系统（1）、子弹测速系统（11）、水靶舱系统（12）以及压力测量系统（8）；依次设置子弹发射系统（1）、子弹测速系统（11）、水靶舱系统（12），压力测量系统（8）设置在水靶舱系统（12）舱壁；所述子弹发射系统（1）包括火枪（1‑1）和子弹（2），通过火枪（1‑1）驱动子弹（2），子弹（2）为长度不同的圆柱形铝制弹丸（2），通过改变子弹（2）长度，改变子弹（2）质量；所述子弹测速系统（11）由两套平行设置的时间记录仪（3）组成，时间记录仪（3）包括两张导电纸和双通道时间通断记录仪，两张导电纸的导电层不接触，两张导电纸分别与双通道时间通断记录仪连接，两套时间记录仪（3）的导电纸间隔30‑80cm平行布置，时间记录仪（3）的导电纸设置在子弹（2）的飞行路径上；所述水靶舱系统（12）由水靶舱（7）、活塞（5）、O型圈（6）、被测试件（9）和固定装置（10）组成；水靶舱（7）为圆柱形通管，沿活塞（5）外壁周向开有一圈凹槽，O型圈（6）设置在上述凹槽中，将装有O型圈（6）的活塞（5）放置于水靶舱（7）的一端，用于密封；在水靶舱（7）另一端的端口上开有一圈凹槽，O型圈（6）设置在上述凹槽内，被测试件（9）设置在水靶舱（7）的另一端端口紧贴O型圈（6）；固定装置（10）包括地座（10‑1）、固定件（10‑2）和支撑件（10‑3），固定件（10‑2）中心设有圆孔，圆孔直径等于水靶舱（7）外径，两个固定件（10‑2）和支撑件（10‑3）沿直线依次设置在地座（10‑1）顶部，两个固定件（10‑2）用于固定水靶舱（7），被测试件（9）顶在支撑件（10‑3）上，防止被测试件（9）从水靶舱（7）上脱落；压力测量系统（8）包括压力传感器、电荷放大器、数据采集卡和计算机，在水靶舱（7）外壁设有螺纹孔，上述螺纹孔距离被测试件（9） 距离为1/5‑1/10水靶舱（7）的长度，在螺纹孔内设置压力传感器；压力传感器与电荷放大器相连接，电荷放大器与数据采集卡连接，数据采集卡再与计算机连接，压力传感器将测得的电信号传到电荷放大器，经过电荷放大器的放大后的电信号接入数据采集卡，最后通过计算机处理数据得到压力时程曲线。...

【技术特征摘要】
1.一种水下爆炸冲击等效加载实验测试系统，其特征在于:子弹发射系统(I)、子弹测速系统(11)、水靶舱系统(12)以及压力测量系统(8);依次设置子弹发射系统(I)、子弹测速系统(11)、水靶舱系统(12)，压力测量系统(8)设置在水靶舱系统(12)舱壁； 所述子弹发射系统(I)包括火枪(1-1)和子弹(2)，通过火枪(1-1)驱动子弹(2)，子弹(2)为长度不同的圆柱形铝制弹丸(2)，通过改变子弹(2)长度，改变子弹(2)质量； 所述子弹测速系统(11)由两套平行设置的时间记录仪(3)组成，时间记录仪(3)包括两张导电纸和双通道时间通断记录仪，两张导电纸的导电层不接触，两张导电纸分别与双通道时间通断记录仪连接，两套时间记录仪(3)的导电纸间隔30-80cm平行布置，时间记录仪(3)的导电纸设置在子弹(2)的飞行路径上； 所述水靶舱系统(12)由水靶舱(7)、活塞(5)、O型圈(6)、被测试件(9)和固定装置(10)组成；水靶舱(7)为圆柱形通管，沿活塞(5)外壁周向开有一圈凹槽，O型圈(6)设置在上述凹槽中，将装有O型圈(6)的活塞(5)放置于水靶舱(7)的一端，用于密封；在水靶舱(7)另一端的端口上开有一圈凹槽，O型圈(6)设置在上述凹槽内，被测试件(9)设置在水靶舱(7 )的另一端端口紧贴O型圈(6 );固定装置(10 )包括地座(10-1)、固定件(10-2 )和支撑件(10-3)，固定件(10-2)中心设有圆孔，圆孔直径等于水靶舱(7)外径，两个固定件(10-2)和支撑件(10-3)沿直线依次设置在地座(10-1)顶部，两个固定件(10-2)用于固定水靶舱(7 )，被测试件(9 )顶在支撑件(10-3 )上，防止被测试件(9 )从水靶舱(7 )上脱落； 压力测量系统(8)包括压力传感器、电荷放大器、数据采集卡和计算机，在水靶舱(7)外壁设有螺纹孔，上述螺纹孔距离被测试件(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨一方，郭锐，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32