【技术实现步骤摘要】
躯干防护结构防爆炸冲击波性能测试装置、评价检测方法
本专利技术涉及力学领域，特别是涉及一种躯干防护结构防护爆炸冲击波性能的测试装置、评价方法、以及检测其有效性的方法。
技术介绍
空气中爆炸物爆炸时会产生强烈的冲击波，会对人员的生命安全造成重大威胁。研究表明，在现代战场环境中，爆炸产生的冲击波所引起的人体损伤已经成为士兵致伤、致死的主要因素。关于爆炸冲击波对人员躯干造成损伤的情况，也越来越引起人们的重视，对躯干防护结构防爆炸冲击波性能的评价以及设计高性能的躯干防护结构尤为重要。但目前，对于躯干防护结构防爆炸冲击波的性能，尚缺少有效的通用实验表征方法。在建筑物和装甲的防护测试中，大多数都是通过检测结构的破坏形式等方式实现对防护结构防爆炸冲击波的性能进行测试，并不能很直观的得到经过防护结构防护后的爆炸冲击波对被防护目标所产生的压力数据和加速度数据，并且这种方式并不适用于躯干防护结构对人员进行爆炸冲击波防护性能的测试。因此，目前亟需一种可以测试躯干防护结构防爆炸冲击波性能的装置以及一套适用于评价躯干防护结构防爆炸冲击波性能的...
【技术保护点】
1.一种躯干防护结构防爆炸冲击波性能的测试装置，其特征在于，所述装置包括：变形约束结构、类皮肤软物质块、压力传感器、加速度传感器以及缓冲层，所述变形约束结构为顶端开口、其余各端封闭的结构，所述类皮肤软物质块、所述压力传感器、所述加速度传感器以及所述缓冲层均位于所述变形约束结构的内部；/n所述缓冲层放置于所述变形约束结构的底部；/n所述类皮肤软物质块的材料力学属性与真实人体皮肤相同，能够模拟冲击波作用到真实躯干表面而形成的压力波形以及人体躯体在爆炸冲击波作用下的动态响应过程，用于替代真实人体躯干模型，所述类皮肤软物质块置于所述缓冲层上方；/n所述压力传感器处于所述类皮肤软物质...
【技术特征摘要】
1.一种躯干防护结构防爆炸冲击波性能的测试装置，其特征在于，所述装置包括：变形约束结构、类皮肤软物质块、压力传感器、加速度传感器以及缓冲层，所述变形约束结构为顶端开口、其余各端封闭的结构，所述类皮肤软物质块、所述压力传感器、所述加速度传感器以及所述缓冲层均位于所述变形约束结构的内部；
所述缓冲层放置于所述变形约束结构的底部；
所述类皮肤软物质块的材料力学属性与真实人体皮肤相同，能够模拟冲击波作用到真实躯干表面而形成的压力波形以及人体躯体在爆炸冲击波作用下的动态响应过程，用于替代真实人体躯干模型，所述类皮肤软物质块置于所述缓冲层上方；
所述压力传感器处于所述类皮肤软物质块内部，且所述压力传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔预设距离，所述类皮肤软物质块的顶面为所述装置的迎波面；
所述加速度传感器处于所述类皮肤软物质块内部，且所述加速度传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔预设距离，
其中，所述缓冲层与所述类皮肤软物质块之间存在较大的界面材料波阻抗失配，使得进入所述类皮肤软物质块内的压力波在背波面反射时接近自由面状态，且所述缓冲层为爆炸冲击波作用下发生运动的所述类皮肤软物质块提供缓冲支撑；
所述变形约束由铝合金材质制成，且内表面经过超润滑处理，降低其内表面与所述类皮肤软物质块之间的摩擦阻力，约束所述类皮肤软物质块在爆炸冲击波作用下的横向变形，用于使得进入所述类皮肤软物质块的压力波保持沿长度方向传播的一维状态；
所述压力传感器用于感应爆炸冲击波进入所述类皮肤软物质块时，所述类皮肤软物质块受所述爆炸冲击波作用而产生的压力，所述压力传感器的量程不低于预设值；
所述加速度传感器用于感应爆炸冲击波通过所述躯干防护结构后，使得所述类皮肤软物质块产生的加速度，所述加速度传感器的量程不低于预设值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述变形约束结构的内表面采用电化学方法进行阳极化，表面上构筑了纳米级片层多孔结构，经过二甲基硅油修饰后可得到超润滑表面，降低所述变形约束结构的内表面与所述类皮肤软物质块之间的摩擦阻力；
所述变形约束结构壁厚为5毫米，具有较大的结构刚度，在爆炸冲击波作用下变形较小，从而限制所述类皮肤软物质块的横向变形，使得进入所述类皮肤软物质块的压力波保持沿长度方向的一维传播状态。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缓冲层的材料密度和模量均远小于所述类皮肤软物质块的材料密度与模量，使得所述缓冲层的材料波阻抗远小于所述类皮肤软物质块的材料波阻抗，二者之间存在严重的材料波阻抗失配界面，使得进入所述类皮肤软物质块的压力波在背波面反射时接近自由面状态。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力传感器和所述加速度传感器均通过精确定位装置调整在所述类皮肤软物质块内的位置；
所述精确定位装置包括：支撑架、高度调节器和电磁铁；
所述高度调节器分别与所述支撑架和所述电磁铁连接，用于通过所述电磁铁调节所述压力传感器和所述加速度传感器在所述类皮肤软物质块内的位置；
所述电磁铁固定于所述高度调节器上，朝向所述类皮肤软物质块的一面安装有水平工作台，所述水平工作台的位置状态通过水平调节螺母进行调整，并由两个垂直方向上的水准器进行表征，以使得所述水平工作台的工作面保持水平状态；
所述电磁铁通电时产生均匀磁场，使得所述压力传感器的感应面和所述加速度传感器的感应面被吸附在所述工作面的下方；
所述支撑架用于支撑所述定位装置。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述变形约束结构的底部设有开孔，所述压力传感器和所述加速度传感器的连接电缆线穿过所述类皮肤软物质块和所述缓冲层，由所述开孔穿出，分别与压力信号采集设备和加速度信号采集设备连接；
所述压力传感器的感应面和所述加速度传感器的感应面与爆炸冲击波的传播方向垂直，以实现对所述类皮肤软物质块内的压力数据与加速度数据的测量；
所述压力传感器包括：三个压力传感器，所述三个压力传感器的量程均不低于1379kPa，谐振频率为500kHz，上升段时间小于1μs；
所述加速度传感器包括：三个微型防水加速度传感器，所述三个加速度传感器的量程不小于3000g，固有频率不低于500kHz。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述三个压力传感器中第一、第二压力传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔的预设距离的取值为：10毫米；第三压力传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔的预设距离的取值为：100毫米；
所述三个加速度传感器中第一、第二加速度传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔的预设距离的取值为：10毫米；第三加速度传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔的预设距离的取值为：100毫米；
所述第一、第二压力传感器与所述第一、第二加速度传感器的各自感应面的位置构成长方形，所述第一、第二压力传感器处于所述长方形的一对对角位置，所述第一、第二加速度传感器处于所述长方形的另一对对角位置；
所述第三压力传感器与所述第三加速度传感器之间相隔90毫米，所述第三压力传感器距离所述变形约束结构的第一边框160毫米，距离所述变形约束结构的第二边框115毫米，所述第一边框垂直于所述第二边框；
所述第三加速度传感器距离所述第一边框70毫米，距离所述变形约束结构的第二边框115毫米。
7.一种躯干防护结构防爆炸冲击波性能的评价方法，其特征在于，所述评价方法包括：通过压力指标、冲量指标和功率密度指标的结果对所述躯干防护结构防爆炸冲击波的性能进行评价；
其中，所述压力指标为第一评价指标，通过所述压力传感器直接采集获得，所述冲量指标为第二评价指标，通过所述压力传感器采集得到的数据经过运算获得，所述功率密度指标为第三评价指标，通过所述压力传感器和所述加速度传感器分别采集得到的数据经过运算获得；
具体的，所述压力指标通过所述压力传感器采集得到的压力信号p(t)直接获得；
所述冲量指标通过所述压力信号p(t)经过运算获得，具体的计算公式如下：
其中：P为所述冲量指标的数值，t1、t2为所述压力传感器采集得到的压力信号的起始与结束时间，t为所述压力传感器采集得到的压力信号的持续作用时间；
所述功率密度指标通过所述压力传感器采集得到的压力信号p(t)和所述加速度传感器采集得到的加速度信号a(t)经过运算获得，具体的计算公式如下：
其中：W(t)为所述功率密度指标的表达式，t1为所述加速度传感器采集得到的加速度信号的起始时间，t为所述压力传感器采集得到的压力信号的持续作用时间；
所述压力指标的压力信号p(t)、所述冲量指标的数值P、所述功率密度指标的...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨丰源，栗志杰，柳占立，庄茁，崔一南，杜智博，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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