一种可控型单丝纤维横向冲击装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种可控型单丝纤维横向冲击装置，包括子弹，动态力传感器，两束红外激光发射源，高强磁铁，光滑支座，测试样品，激光接收探头，子弹姿态控制管，子弹尾端控制器，线性固定器和强力弹簧；由高强磁铁、子弹姿态控制管、子弹尾端控制器、线性固定器、强力弹簧组成子弹加速部分，由两束红外激光发射源、激光接收探头组成子弹速度测试部分，由光滑支座和动态力传感器组成纤维瞬态载荷测试部分；本实用新型专利技术能有效实现不同材质、不同尺寸子弹的可控击发；轻便且可整体拆装，操作简易，成本较低，对试验环境要求低；可扩展性强，改变子弹尾端控制器，可改变子弹形状等；使用不同的强力弹簧，子弹加速范围也可进一步扩大至30

【技术实现步骤摘要】
一种可控型单丝纤维横向冲击装置


[0001]本技术涉及纤维横向冲击试验装置的
，具体涉及一种可控制速度的单丝纤维横向冲击装置。

技术介绍

[0002]纤维的横向冲击性能在实际应用中非常重要，例如，防弹衣纤维纱线中的防弹纤维的横向冲击性能、降落伞绳和矿井绳的横向冲击安全等。目前有关单丝纤维横向冲击的装置主要有SHPB气动发射、激光烧蚀诱导发射、滑膛火药枪发射等多种装置。这些装置结构复杂，造价昂贵，环境要求比较苛刻，进行相关研究需要进行适用性改造，试验成本很高。因此，设计一种能精准诱导子弹，可在较大范围内调整击打速度的纤维横向冲击试验装置很有必要。

技术实现思路

[0003]本技术的目的为测试子弹提供一种速度可控的击发装置，击发后的子弹速度可达到0
‑
20m/s，连续可控。改变强力弹簧的强度，此装置可以提供30
‑
40m/s的冲击速度。该装置可为多种材质和多种尺寸的子弹进行加速，速度可控范围宽广，结构简单，使用和维修保养方便。
[0004]本技术主要由以下方式实现：
[0005]一种可控型单丝纤维横向冲击装置，包括子弹1，动态力传感器2，两束红外激光发射源3，高强磁铁4，光滑支座5，测试样品6，激光接收探头8，子弹姿态控制管9，子弹尾端控制器10，线性固定器11和强力弹簧12；由高强磁铁4、子弹姿态控制管9、子弹尾端控制器10、线性固定器11、强力弹簧12组成子弹加速部分，由两束红外激光发射源3、激光接收探头8组成子弹速度测试部分，由光滑支座5和动态力传感器2组成纤维瞬态载荷测试部分；将子弹1提升到预设高度，子弹发射时由强力弹簧12驱动子弹1，子弹尾端控制器10和线性固定器11对子弹发射前姿态进行校正固定，子弹1在姿态控制管9内部进行加速，子弹的弹道受到高强磁铁4诱导，子弹1飞行通过两束红外激光发射源3发射的两束激光7，激光接收探头8记录出子弹1飞行通过两束激光的时间；子弹1受高强磁铁4强磁场诱导，横向冲击经光滑支座5与动态力传感器2固定的单丝纤维测试样品6，动态力传感器2记录瞬态载荷信号，由动态力传感器2将力值信号输出到示波器。
[0006]进一步地，高强磁铁4为钕铁硼强磁，其尺寸和材质根据试验要求可进行适用性改变。
[0007]进一步地，强力弹簧12为胶乳胶圈，其尺寸和材质根据试验要求可进行适用性改变。
[0008]本技术有如下优点：
[0009](1)能有效实现不同材质、不同尺寸子弹的可控击发。
[0010](2)该装置轻便且可整体拆装，操作简易，成本较低，对试验环境要求低。
[0011](3)可扩展性强，改变子弹尾端控制器，即可改变子弹形状等；使用不同的强力弹簧，子弹加速范围也可进一步扩大至30
‑
40m/s的冲击速度。
附图说明
[0012]图1为本技术一种可控型单丝纤维横向冲击装置结构图；
[0013]图中标示名称：1
‑
子弹；2
‑
动态力传感器；3
‑
两束红外激光发射源；4
‑
高强磁铁；5
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光滑支座；6
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测试样品；7
‑
激光；8
‑
激光接收探头；9
‑
子弹姿态控制管；10
‑
子弹尾端控制器；11
‑
线性固定器；12
‑
强力弹簧。
具体实施方式
[0014]下面通过实施例及其附图作进一步描述。
[0015]【实施例1】
[0016]一种可控型单丝纤维横向冲击装置包括子弹加速部分、子弹速度测试部分，以及单丝纤维瞬态载荷测试部分。如图1中，子弹1加速部分由高强磁铁4(例如钕铁硼强磁)、子弹姿态控制管9、子弹尾端控制器10、线性固定器11、强力弹簧12组成。子弹速度测试部分由两束红外激光发射源3、激光接收探头8组成。纤维瞬态载荷测试部分由光滑支座5和动态力传感器2组成。
[0017]如图1所示，安装好单丝纤维测试样品6。将子弹1提升到预设高度(子弹速度由强磁场加速和重力加速共同控制)，子弹尾端控制器10和线性固定器11对子弹发射前姿态进行校正固定，子弹发射时由强力弹簧12驱动子弹1。子弹1在姿态控制管9内部进行加速，子弹的弹道受到高强磁铁4诱导。在撞击单丝纤维之前，激光系统中激光发射源3、激光接收探头8记录其飞过两道激光的时间差，计算撞击前飞行速度。子弹1横向冲击单丝纤维，动态力传感器2记录瞬态载荷信号。
[0018]具体工作原理为：
[0019](1)拉伸强力弹簧12，拉力F1＝kΔx，强力弹簧12形变量为Δx，强力弹簧12弹性系数为k，强力弹簧12中积累弹性势能，弹性势能为E1＝1/2kΔx2。释放子弹尾端控制器10，推动子弹1在高强磁铁4的高强磁场诱导下进行变加速直线运动。子弹1下落过程中加速路径的长度为ΔL＝L2‑
L1，其中，L1、L2分别为加速起点和加速终点，重力势能改变量为E2＝MgΔL，高强磁场做功为其中，M为子弹质量，g为重力加速度，F2为子弹所受磁力，μ0为真空磁导率，B为磁场与导磁材料作用面处的磁感应强度，S为磁场与导磁材料作用面的面积。该过程将子弹加速过程中的弹性势能E1、重力势能E2、磁力做功E3转化成子弹动能E4，若考虑能量损耗系数α，则：E4＝α(E1+E2+E3)，α一般取为0.9。此加速过程满足能量守恒，即：E4＝1/2Mv2，式中，E4为子弹动能，v为子弹1获得的速度。因此子弹(1)获得的最终理论设计速度为
[0020](2)子弹1飞行通过两束红外激光发射源3发射的两束激光7，激光接收探头8记录出子弹1飞行通过两束激光的时间，由此计算子弹的实际飞行速度。与理论设计速度进行比
较，以校核能量损耗系数α。
[0021](3)子弹1受高强磁铁4强磁场诱导，冲击经光滑支座5与动态力传感器2固定的单丝纤维测试样品6，由动态力传感器2将力值信号输出到示波器。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可控型单丝纤维横向冲击装置，其特征在于：包括子弹(1)，动态力传感器(2)，两束红外激光发射源(3)，高强磁铁(4)，光滑支座(5)，测试样品(6)，激光接收探头(8)，子弹姿态控制管(9)，子弹尾端控制器(10)，线性固定器(11)和强力弹簧(12)；由高强磁铁(4)、子弹姿态控制管(9)、子弹尾端控制器(10)、线性固定器(11)、强力弹簧(12)组成子弹加速部分，由两束红外激光发射源(3)、激光接收探头(8)组成子弹速度测试部分，由光滑支座(5)和动态力传感器(2)组成纤维瞬态载荷测试部分；将子弹(1)提升到预设高度，子弹发射时由强力弹簧(12)驱动子弹(1)，子弹尾端控制器(10)和线性固定器(11)对子弹发射前姿态进行校正固定，子弹(1)在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐松林，常晋源，王鹏飞，苗春贺，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：