本发明专利技术公开了一种气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置和方法，装置包括气箱、进气管、复合材料测试装置，进气管与气箱内部连通，复合材料测试装置具有一与气箱内部连通的内部空间，所述内部空间在第一方向上的两个相对的侧壁上分别粘接有一片复合材料，两片复合材料之间具有缝隙，复合材料测试装置在第二方向的一个侧部设置有传感器系统，传感器系统用于检测两片复合材料之间缝隙处的压力，所述第一方向与第二方向垂直。本发明专利技术通过该试验装置可以模拟一条裂纹，从而对复合材料在受到气体冲击时，其内部模拟裂纹的断裂机理进行试验研究，同时观察记录模拟裂纹在受到气体冲击时，其应变随时间的变化情况，并对相关试验参数如压力、温度等进行记录。
【技术实现步骤摘要】
一种气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置和方法
本专利技术属于材料内部裂纹研究
，具体涉及一种气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置和方法。
技术介绍
对于某些固体火箭发动机，其内部装药在其制造、运输等过程中会产生裂纹，当发动机点火时，点火燃气会对其内部裂纹进行冲击并可能导致裂纹的扩展，最终会造成发动机工作异常甚至爆炸。目前，尚且没有成熟的理论用于描述复合材料(如端羟基聚丁二烯材料等)在受到气体冲击时，其内部裂纹的断裂机理。同时如果直接使用含裂纹的复合材料进行试验，对于一些可燃材料来说，试验是十分危险的，可能发生不可控爆炸现象。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提出了一种气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置和方法。为实现以上目的的技术解决方案如下：一种气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置，包括气箱、进气管、复合材料测试装置，所述进气管与气箱内部连通，所述复合材料测试装置具有一与气箱内部连通的内部空间，所述内部空间在第一方向上的两个相对的侧壁上分别粘接有一片复合材料，两片复合材料之间具有缝隙，所述复合材料测试装置在第二方向的一个侧部设置有传感器系统，所述传感器系统用于检测两片复合材料之间缝隙处的压力，所述第一方向与第二方向垂直。进一步地，所述复合材料测试装置包括两块连接板和两块中层板，所述两块连接板与气箱的一个侧面固定连接，所述两块中层板固定连接于两块连接板之间，所述两块中层板的两个相对的内侧壁上分别粘接有一片复合材料。进一步地，所述传感器系统包括传感器端盖和至少一个传感器，所述传感器端盖与两块连接板的侧面固定连接，所述传感器端盖上开设有螺纹孔，所述传感器通过所述螺纹孔安装于所述传感器端盖上。进一步地，所述至少一个传感器包括自下而上依次设置于所述传感器端盖上的裂纹入口传感器、裂纹中部传感器、裂纹尖端传感器。进一步地，所述复合材料测试装置在第二方向的另一个侧部设置有观察系统，所述观察系统包括钢化玻璃和钢化玻璃端盖，所述钢化玻璃设置于两块连接板之间，所述钢化玻璃端盖位于所述钢化玻璃的外部并与两块连接板固定连接，所述钢化玻璃端盖的开有面积小于所述钢化玻璃面积的观察孔。进一步地，还包括低温氮气管，所述低温氮气管与气箱内部连通。进一步地，所述低温氮气管位于复合材料测试装置的相对侧。进一步地，还包括排气管，所述排气管与气箱内部连通。进一步地，所述复合材料为可燃烧复合材料。根据上述的气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置的试验方法，包括以下步骤：步骤一：试验准备阶段：将两块复合材料分别粘接于两块中层板内侧壁表面，两块复合材料之间的缝隙形成一条模拟裂纹，之后通过连接板螺栓将两块中层板分别安装到两块连接板内，随后将钢化玻璃嵌入气箱与两块连接板所形成的凹部中，钢化玻璃端盖通过钢化玻璃端盖螺栓与气箱和两块连接板相连接，之后通过传感器端盖螺栓安装传感器端盖，并将三个传感器与传感器端盖连接，最后需将高压供气设备与进气管相连接，低温氮气供气设备与低温氮气管相连接；步骤二：试验阶段：首先打开进气管上的进气阀，高压气体进入气箱内部并对两块复合材料所形成的模拟裂纹进行冲击，通过钢化玻璃窗口对复合材料在受到气体冲击时，通过将高速摄影机对准钢化玻璃窗口，从而观察并记录两块复合材料的横向及纵向的位移随时间的变化值即模拟裂纹的形变情况，与此同时，由于高压气体的传递过程是瞬态的，高压气体产生的冲击波会先经过裂纹入口，之后到达裂纹中部，最后到达裂纹尖端，当尖端压力增大到某个值时，气体的流动的方向便会改变即从裂纹尖端流向裂纹入口，在整个过程中，三个传感器实时记录裂纹入口、裂纹中部、裂纹尖端处的压力或温度的变化值，当冲击波不再传递即试验装置内部压力趋于稳定后，三个传感器所监测到的数值才会趋于一致，此时试验结束，在试验过程中，如若复合材料被引燃，则打开低温氮气管上的氮气阀，使用低温氮气进行灭火，最后打开排气管上的排气阀，排除高压气体，完成试验。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术设计的中层板为可拆卸式，通过加工不同尺寸的中层板，即可对不同宽度的裂纹进行气体冲击试验，同时也能够更换不同的传感器，一套设备便可模拟多组工况，增加了试验的对照组；(2)该试验装置结构紧凑，密封性较好，同时能够输出裂纹入口、中部、尖端三个位置的压强或温度的变化；(3)添加的低温氮气管提高了进行该种试验时的安全性，通过钢化玻璃窗口能够清楚的观察到试验现象。附图说明图1是本专利技术气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置的结构示意图。图2是本专利技术气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置的结构爆炸装配图。图3是本专利技术气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置侧视图。图4是图3的A-A向剖视图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。结合图1-4，一种气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置，包括气箱18、进气管4、复合材料测试装置，所述进气管4与气箱18内部连通，所述复合材料测试装置具有一与气箱18内部连通的内部空间，所述内部空间在第一方向上的两个相对的侧壁上分别粘接有一片复合材料3，两片复合材料3之间具有缝隙，所述复合材料测试装置在第二方向的一个侧部设置有传感器系统，所述传感器系统用于检测两片复合材料3之间缝隙处的压力，所述第一方向与第二方向垂直。优选地，所述复合材料测试装置包括两块连接板8和两块中层板2，所述两块连接板8与气箱18的一个侧面焊接，焊接后需对连接板8两边端面进行二次加工，保障连接板8两端的粗糙度，所述两块中层板2固定连接于两块连接板8之间，所述两块中层板2的两个相对的内侧壁上分别粘接有一片复合材料3，中层板2为“上下L型”结构。优选地，所述传感器系统包括传感器端盖12和至少一个传感器，所述传感器端盖12与两块连接板8的侧面固定连接，所述传感器端盖12上开设有螺纹孔，所述传感器通过所述螺纹孔安装于所述传感器端盖12上。优选地，所述至少一个传感器包括自下而上依次设置于所述传感器端盖12上的裂纹入口传感器13、裂纹中部传感器14、裂纹尖端传感器15，从而分别监测裂纹入口、中部、尖端三个位置的压强或温度变化。优选地，所述复合材料测试装置在第二方向的另一个侧部设置有观察系统，所述观察系统包括钢化玻璃7和钢化玻璃端盖5，所述钢化玻璃7设置于两块连接板8之间，所述钢化玻璃端盖5位于所述钢化玻璃7的外部并与两块连接板8固定连接，所述钢化玻璃端盖5的开有面积小于所述钢化玻璃7面积的矩形观察孔，使得钢化玻璃端盖5能够完全覆盖钢化玻璃7。优选地，还包括低温氮气管9，所述低温氮气管9与气箱18内部连通。优选地，所述低温氮气管9位于复合材料测试装置的相对侧。优选地，还包括排气管10，所述排气管10与气箱18内部连通。优选地，所述复合材料3为可燃烧复合材料(如端羟基聚丁二烯材料等)。在开始试验前，将两块复合材料3分别粘接于两块中层板2内表面，由于复合材料试本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置，其特征在于，包括气箱(18)、进气管(4)、复合材料测试装置，所述进气管(4)与气箱(18)内部连通，所述复合材料测试装置具有一与气箱(18)内部连通的内部空间，所述内部空间在第一方向上的两个相对的侧壁上分别粘接有一片复合材料(3)，两片复合材料(3)之间具有缝隙，所述复合材料测试装置在第二方向的一个侧部设置有传感器系统，所述传感器系统用于检测两片复合材料(3)之间缝隙处的压力，所述第一方向与第二方向垂直。/n
【技术特征摘要】
1.一种气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置，其特征在于，包括气箱(18)、进气管(4)、复合材料测试装置，所述进气管(4)与气箱(18)内部连通，所述复合材料测试装置具有一与气箱(18)内部连通的内部空间，所述内部空间在第一方向上的两个相对的侧壁上分别粘接有一片复合材料(3)，两片复合材料(3)之间具有缝隙，所述复合材料测试装置在第二方向的一个侧部设置有传感器系统，所述传感器系统用于检测两片复合材料(3)之间缝隙处的压力，所述第一方向与第二方向垂直。
2.根据权利要求1所述的气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置，其特征在于，所述复合材料测试装置包括两块连接板(8)和两块中层板(2)，所述两块连接板(8)与气箱(18)的一个侧面固定连接，所述两块中层板(2)固定连接于两块连接板(8)之间，所述两块中层板(2)的两个相对的内侧壁上分别粘接有一片复合材料(3)。
3.根据权利要求2所述的气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置，其特征在于，所述传感器系统包括传感器端盖(12)和至少一个传感器，所述传感器端盖(12)与两块连接板(8)的侧面固定连接，所述传感器端盖(12)上开设有螺纹孔，所述传感器通过所述螺纹孔安装于所述传感器端盖(12)上。
4.根据权利要求3所述的气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置，其特征在于，所述至少一个传感器包括自下而上依次设置于所述传感器端盖(12)上的裂纹入口传感器(13)、裂纹中部传感器(14)、裂纹尖端传感器(15)。
5.根据权利要求4所述的气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置，其特征在于，所述复合材料测试装置在第二方向的另一个侧部设置有观察系统，所述观察系统包括钢化玻璃(7)和钢化玻璃端盖(5)，所述钢化玻璃(7)设置于两块连接板(8)之间，所述钢化玻璃端盖(5)位于所述钢化玻璃(7)的外部并与两块连接板(8)固定连接，所述钢化玻璃端盖(5)的开有面积小于所述钢化玻璃(7)面积的观察孔。
6.根据权利要求5所述的气体冲击式复合材料裂纹模拟试验装置，其特征在于，还包括低温氮气管(9)，所述低温氮气管(9)与气箱(18...
【专利技术属性】
技术研发人员：许进升，王庭钰，陈雄，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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