基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置及方法，以解决现有爆炸冲量的测量方法受到测试稳定性、使用成本、环境因素等方面的影响，不适宜在大型、复杂的爆炸场中广泛使用的问题。该冲量测量装置包括塑性金属膜片、膜片固定背板以及激光测速机构。塑性金属膜片为圆形膜片，其一侧中心区域设有圆形凹槽，塑性金属膜片固定安装在膜片固定背板一侧，且设有圆形凹槽的一侧与膜片固定背板相接；膜片固定背板上正对塑性金属膜片的中心位置处设有通光孔；激光测速机构包括依次连接的光纤探头、光纤以及PDV处理系统，光纤探头固定安装在膜片固定背板的另一侧，且光纤探头发出的激光可通过通光孔照射于塑性金属膜片的中心位置处。片的中心位置处。片的中心位置处。

【技术实现步骤摘要】
基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置及方法


[0001]本专利技术属于冲击动力学
，具体涉及一种基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置及方法。

技术介绍

[0002]在考核爆炸毁伤威力时，爆炸冲击波的测量是一个重要的参考指标。冲击波对于设施、建筑物、人体等的毁伤主要来自于其冲击波的压力作用，即超压和冲量，冲击波冲量的测量对研究爆炸冲击波作用在结构上的响应和破坏具有重要意义。由于爆炸过程持续时间短、超压高、作用过程复杂，所以冲击波冲量的工程测量难度较大，但也一直受到科研人员的关注。目前对冲量的测量主要采用压电传感器、飞片法、抛掷法、冲量摆等方法，但大多数测量方法受到测试稳定性、使用成本、环境因素等方面的影响，不适宜在大型、复杂的爆炸场中广泛使用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是解决现有爆炸冲量的测量方法受到测试稳定性、使用成本、环境因素等方面的影响，不适宜在大型、复杂的爆炸场中广泛使用的问题。为克服上述缺陷，扩大冲量测量的使用场景，尤其是在爆炸比距离较小、冲击波冲量较高的环境下，可以通过塑性金属膜片和激光多普勒效应的综合应用进行测量。本专利技术基于塑性金属膜片在不同冲量作用下变形差异明显的原理，通过理论推导得到金属膜片塑性变形与冲击波冲量之间的对应关系，再利用激光多普勒效应原理测得爆炸载荷作用下金属膜片的中心位移，从而得到爆炸环境下的冲击波冲量的实测值。
[0004]本专利技术所采用的技术方案为：
[0005]一种基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置，其特殊之处在于：包括塑性金属膜片、膜片固定背板以及激光测速机构；
[0006]所述塑性金属膜片为圆形膜片，其一侧中心区域设有圆形凹槽，所述圆形凹槽底部对应的塑性金属膜片区域为受压面；所述塑性金属膜片固定安装在膜片固定背板一侧，且塑性金属膜片设有圆形凹槽的一侧与膜片固定背板相接；
[0007]所述膜片固定背板上设有通光孔，且通光孔正对塑性金属膜片的中心位置处；
[0008]所述激光测速机构包括依次连接的光纤探头、光纤以及PDV处理系统；所述光纤探头固定安装在膜片固定背板的另一侧，且光纤探头发出的激光可通过通光孔照射于塑性金属膜片的中心位置处。
[0009]进一步地，所述膜片固定背板一侧设有膜片安装槽，塑性金属膜片通过周向均布的膜片固定螺栓固定安装在膜片安装槽内；
[0010]所述光纤探头通过光纤探头支座固定安装在膜片固定背板的另一侧。
[0011]进一步地，所述膜片固定背板通过背板固定螺栓固定安装在实验测点处的固定支撑结构上。
[0012]一种基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量方法，采用上述基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0013]1)将膜片固定背板固定于爆炸场的实验测点处，且塑性金属膜片的受压面正对爆心；
[0014]2)开始实验，爆炸冲击波作用于塑性金属膜片的受压面，受压面位置处受力屈服，产生塑性变形；
[0015]同时，光纤探头发出的激光通过通光孔照射于塑性金属膜片的中心位置处，利用激光的多普勒效应，PDV处理系统处理计算得到塑性金属膜片中心位置处的运动速度，进而通过积分得到冲击波冲量作用下塑性金属膜片的中心位移；
[0016]3)根据通过量纲分析方法建立的塑性金属膜片中心位移与冲击波冲量之间的关系，计算爆炸冲击波作用在塑性金属膜片上的比冲量，即得到测量结果。
[0017]进一步地，所述步骤3)中，塑性金属膜片中心位移与冲击波冲量之间的关系如下式所示：
[0018][0019]其中，w为塑性金属膜片的中心位移；
[0020]H为塑性金属膜片受压面的厚度；
[0021]D为塑性金属膜片受压面的直径；
[0022]E为塑性金属膜片的弹性模量；
[0023]E
t
为塑性金属膜片的切线模量；
[0024]ρ为塑性金属膜片的密度；
[0025]σ
y
为塑性金属膜片的屈服强度；
[0026]i为爆炸冲击波作用在塑性金属膜片上的比冲量。
[0027]本专利技术相比现有技术的有益效果是：
[0028]本专利技术提供的基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置，能够快速测量塑性金属膜片在爆炸冲击波作用下的中心位移，可靠度高，且实验后无需将塑性金属膜片取下测量，解决了塑性金属膜片无法回收时的测量问题。该装置结构简单，对安装环境限制较小，适用范围广，能够测量5000～30000Pa
·
s范围内的爆炸冲击波比冲量，误差在10％左右，精度满足工程需求。
附图说明
[0029]图1是本专利技术基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置的使用环境示意图；
[0030]图2是本专利技术基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置实施例的结构示意图；
[0031]图3是本专利技术实施例中塑性金属膜片的结构示意图一；
[0032]图4是本专利技术实施例中塑性金属膜片的结构示意图二；
[0033]图中，1
‑
爆心，2
‑
膜片固定背板安装位置，3
‑
固定支撑结构，4
‑
光纤，5
‑
PDV处理系
统，6
‑
塑性金属膜片，61
‑
受压面，62
‑
膜片固定螺纹孔，7
‑
膜片固定螺栓，8
‑
膜片固定背板，9
‑
光纤探头支座，10
‑
光纤探头，11
‑
背板固定螺栓。
[0034]图5是本专利技术实施例在一种工况下塑性金属膜片中心速度曲线图；
[0035]图6是本专利技术实施例在一种工况下塑性金属膜片中心位移曲线图。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置及方法作进一步详细说明。
[0037]本实施例提供的基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置如图1、图2所示，包括塑性金属膜片6、膜片固定背板8以及激光测速机构。
[0038]如图3、图4所示，塑性金属膜片6为圆形膜片，这种结构受力均匀且便于后续计算。塑性金属膜片6的直径及厚度没有特殊限制，其一侧中心区域挖空一定深度，形成圆形凹槽，圆形凹槽底部对应的塑性金属膜片6区域为受压面61。圆形凹槽的深度需保证对应的受压面61在爆炸冲击波作用下具有明显形变，且不会破裂，不会产生层裂。圆形凹槽的直径大小需保证塑性金属膜片6有足够的空间用于固定安装。本实施例中，圆形凹槽外侧的塑性金属膜片6上周向均布有多个膜片固定螺纹孔62，膜片固定螺纹孔62内设置有膜片固定螺栓7。
[0039]膜片固定背板8一侧设有膜片安装槽，塑性金属膜片6通过膜片固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置，其特征在于：包括塑性金属膜片(6)、膜片固定背板(8)以及激光测速机构；所述塑性金属膜片(6)为圆形膜片，其一侧中心区域设有圆形凹槽，所述圆形凹槽底部对应的塑性金属膜片(6)区域为受压面(61)；所述塑性金属膜片(6)固定安装在膜片固定背板(8)一侧，且塑性金属膜片(6)设有圆形凹槽的一侧与膜片固定背板(8)相接；所述膜片固定背板(8)上设有通光孔，且通光孔正对塑性金属膜片(6)的中心位置处；所述激光测速机构包括依次连接的光纤探头(10)、光纤(4)以及PDV处理系统(5)；所述光纤探头(10)固定安装在膜片固定背板(8)的另一侧，且光纤探头(10)发出的激光可通过通光孔照射于塑性金属膜片(6)的中心位置处。2.根据权利要求1所述的基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置，其特征在于：所述膜片固定背板(8)一侧设有膜片安装槽，塑性金属膜片(6)通过周向均布的膜片固定螺栓(7)固定安装在膜片安装槽内；所述光纤探头(10)通过光纤探头支座(9)固定安装在膜片固定背板(8)的另一侧。3.根据权利要求1或2所述的基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置，其特征在于：所述膜片固定背板(8)通过背板固定螺栓(11)固定安装在实验测点处的固定支撑结构(3)上。4.一种基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷文骏，胡华权，刘文祥，张德志，杨军，马艳军，程帅，梁志刚，师莹菊，王昭，史国凯，姜万春，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：