本发明专利技术涉及土木工程技术领域，具体涉及一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置及其实验方法。该装置包括模型箱、悬浮隧道模型和炸药。模型箱包括加固钢板、高速摄像系统和照明系统；悬浮隧道模型包括套筒、传感器和应变片；炸药通过钢杆固定。采用离心机实验首先通过理论分析推导超重力场冲击波和气泡相似关系，其次通过离心机实验研究水下爆炸荷载和悬浮隧道动力响应及损伤，最后通过理论分析提出悬浮隧道水下爆炸响应理论模型和损伤评估方法。利用离心机开展悬浮隧道水下爆炸模拟的方法，拓展了水下爆炸离心机实验方法的应用范围，为悬浮隧道及类似海洋结构物爆炸响应分析和抗爆设计提供依据和指导，使水下爆炸离心机实验研究水平更进一步。更进一步。更进一步。
【技术实现步骤摘要】
一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置及其实验方法
[0001]本专利技术涉及土木工程
，具体涉及一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置及其实验方法。
技术介绍
[0002]悬浮隧道(Submerged Floating Tunnel,简称SFT)是一种跨越深海海峡、大江湖泊等水道的新型交通结构型式，由悬浮于水面以下一定深度(30m以下不影响水面交通)的管体(混凝土或钢结构等)、支撑体系(沉底锚索锚固或水面浮箱)及近岸相连的驳岸结构组成。由于悬浮隧道自身的经济性和环保性，使其具有非常广泛的应用前景。水下爆炸是海洋军事领域研究的热点问题，也是海洋工程(包括悬浮隧道)不可避免的问题，一旦发生将导致灾难性后果。因此，水下爆炸作用下的悬浮隧道结构响应与损毁问题的研究具有重要意义。离心机采用极少量的炸药即可模拟原型巨量炸药的爆炸效果，是解决水下爆炸问题极有潜力的研究手段。
[0003]目前国内外针对水下爆炸悬浮隧道动力响应与损伤研究较少，采用离心机开展悬浮隧道水下爆炸研究尚未见报道。针对悬浮隧道水下爆炸动力响应的研究多集中在理论和数值模拟方面，且对模型做出了较大程度的简化，因此模型的可靠性和精确度需要通过实验来验证。但现有水池和水槽实验由于边界效应都无法进行大当量水下爆炸实验，且无法同时满足冲击波和气泡相似律。因此，需要一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置及其实验方法研究水下爆炸作用下悬浮隧道的动力响应与损毁机理，既可为悬浮隧道的抗爆设计和爆炸灾害评估提供科学依据，亦可为大型舰艇(如航母、驱逐舰、潜艇等)和其他海洋结构(如海洋平台、港口、桥墩等)开展水下爆炸离心机实验积累经验和数训，具有重大国防军事和民用工程意义。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置及其实验方法，该装置结构简单，同时满足冲击波和气泡相似律，可进行不同工况下的爆炸实验，可靠性好，能耗低，效率高，实验所得数据精确度高，
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置，包括离心机装置，离心机装置上设置模型箱，模型箱的内壁上设置有高速摄像系统和照明系统，模型箱内部固定设置有悬浮隧道模型和爆炸装置，悬浮隧道模型的内部、表面和悬浮隧道模型与模型箱的连接处均设置有应变片和传感器，高速摄像系统和传感器连接数据采集系统。
[0007]离心机装置一侧设置平衡箱，另一侧设置吊篮，吊篮内设置模型箱。
[0008]模型箱外壁设置有加固钢板，模型箱内壁设置有钢结构加固梁。
[0009]模钢结构加固梁上固定设置有两个套筒，悬浮隧道模型的端部套设在套筒内。
[0010]套筒与悬浮隧道模型的连接处设置有应变片和传感器。
[0011]模型箱上开设有气泡观察窗，气泡观察窗内设置有高速摄像系统。
[0012]模型箱内固定设置有钢杆，钢杆上固定设置有爆炸装置，爆炸装置位于钢杆中间。
[0013]悬浮隧道模型、爆炸装置、高速摄像系统和照明系统均处于同一高度。
[0014]一种利用悬浮隧道水下爆炸的模拟装置的实验方法，在进行水下爆炸冲击波、气泡特性及荷载的规律探究实验时，包括以下步骤：
[0015]S1.安装悬浮隧道水下爆炸的模拟装置，对模型箱进行加固处理，安装悬浮隧道模型、爆炸装置、高速摄像系统、照明系统、应变片和传感器，对上述设备做好防水处理，将装配好的模型箱安装在离心机装置上；
[0016]S2.通过量纲分析法，推导水下爆炸冲击波和气泡脉动相似准则，提出水下爆炸冲击波和气泡脉动特征值的相似关系，进一步基于几何相似、运动相似和动力相似准则，推导悬浮隧道模型的相似关系；
[0017]S3.验证超重力场水下爆炸的相似率，在爆炸装置的药量相同时，选取不同的离心加速度，进行至少三次水下爆炸冲击波特征量、气泡特性及荷载规律验证实验；
[0018]S4.通过离心机装置实验测定水下冲击波和气泡荷载，选定离心加速度，改变爆炸装置的药量进行至少三次实验，获取气泡的半径、脉动周期、脉动压力和药量的数值，通过spss或origin数值拟合，确定气泡最大半径与脉动压力的计算公式。
[0019]一种利用悬浮隧道水下爆炸的模拟装置的实验方法，在进行水下爆炸作用下悬浮隧道动力响应实验时，包括以下步骤：S1.安装好悬浮隧道水下爆炸的模拟装置，其中悬浮隧道模型采用微粒混凝土浇筑而成，混凝土的力学参数达到C50混凝土的标准；
[0020]S2.开展不同离心加速度、不同药量、不同爆心距等多工况离心机模型实验，通过传感器和高速摄像系统监测水体冲击波压力和气泡运动形态等物理参数和现象，通过加速度传感器、应变片和高速摄像系统采集悬浮隧道模型的应变、加速度、位移及损伤破坏范围，从悬浮隧道模型的位移、应力和应变方面对悬浮隧道开展损伤评估。
[0021]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果如下：
[0022]本专利技术的悬浮隧道水下爆炸的模拟装置包括离心机装置，离心机装置上设置模型箱，利用离心机装置可实现悬浮隧道在水下模拟不同重力场或不同深度的工况环境，实现不同工况的实验，使实验结果更精准，更具说服力。模型箱的内壁上设置有高速摄像系统和照明系统，模型箱内部固定设置有悬浮隧道模型和爆炸装置，悬浮隧道模型的内部、表面和悬浮隧道模型与模型箱的连接处均设置有应变片和传感器，高速摄像系统和传感器连接数据采集系统。高速摄像系统用于实时收集装置内部的影像信息，应变片和传感器用于获取装置内部的悬浮隧道的位移及结构变化和压力应变及信息，高速摄像系统和传感器连接数据采集系统可用于数据的实时采集分析，提高装置的智能程度和实验的精准度。另外，该装置结构简单，同时满足冲击波和气泡相似律，装置采用密封加固的模型箱，可靠性好，能耗低，效率高。
[0023]进一步的，通过套筒连接悬浮隧道模型，有利于悬浮隧道模型的更换，提升实验效率，悬浮隧道模型更换后，模型箱可重复利用，提升实验效率，降低实验成本。
[0024]进一步的，模型箱上开设有气泡观察窗，气泡观察窗内设置有高速摄像系统。气泡观察窗对高速摄像系统起到一定防护作用，避免高速摄像系统因爆炸损坏。
[0025]进一步的，悬浮隧道模型、爆炸装置、高速摄像系统和照明系统均处于同一高度。
便于装置的调整和检测仪器的调试。
[0026]本专利技术的方法，首先组装好本实验装置，分别在静水条件下和模拟的超重力场条件下进行数据分析和仪器调试，调试完成后通过量纲分析法，建立水下爆炸冲击波特征量、气泡脉动特征值以及悬浮隧道模型的相似关系，进行超重力场水下爆炸的相似率验证，再进行水下冲击波和气泡荷载测定实验，从而确定气泡最大半径与脉动压力的计算公式，实验过程严谨有序，取得的结果精确程度高，说服力强。另外，本装置的水下爆炸悬浮隧道动力响应实验，通过加速度传感器、应变片和高速摄像系统采集悬浮隧道模型的应变、加速度和位移及损伤破坏范围，通过综合悬浮隧道模型的位移、应力和应变的数据对悬浮隧道的爆炸开展损伤本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置，其特征在于，包括离心机装置(12)，离心机装置(12)上设置模型箱(1)，模型箱(1)的内壁上设置有高速摄像系统(5)和照明系统(6)，模型箱(1)内部固定设置有悬浮隧道模型(2)和爆炸装置(3)，悬浮隧道模型(2)的内部、表面和悬浮隧道模型(2)与模型箱(1)的连接处均设置有应变片(10)和传感器(11)，高速摄像系统(5)和传感器(11)连接数据采集系统。2.如权利要求1所述的一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置，其特征在于，所述离心机装置(12)一侧设置平衡箱(14)，另一侧设置吊篮(13)，吊篮(13)内设置模型箱(1)。3.如权利要求2所述的一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置，其特征在于，所述模型箱(1)外壁设置有加固钢板(4)，模型箱(1)内壁设置有钢结构加固梁(15)。4.如权利要求3所述的一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置，其特征在于，所述模钢结构加固梁(15)上固定设置有两个套筒(8)，悬浮隧道模型(2)的端部套设在套筒(8)内。5.如权利要求4所述的一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置，其特征在于，所述套筒(8)与悬浮隧道模型(2)的连接处设置有应变片(10)和传感器(11)。6.如权利要求2所述的一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置，其特征在于，所述模型箱(1)上开设有气泡观察窗(7)，气泡观察窗(7)内设置有高速摄像系统(5)。7.如权利要求2所述的一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置，其特征在于，所述模型箱(1)内固定设置有钢杆(9)，钢杆(9)上固定设置有爆炸装置(3)，爆炸装置(3)位于钢杆(9)中间。8.如权利要求1所述的一种悬浮隧道水下爆炸的模拟装置，其特征在于，所述悬浮隧道模型(2)、爆炸装置(3)、高速摄像系统(5)和照明系统(6)均处于同一高度。9.一种利用如权利要求1所述的悬浮隧...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗刚，杨云生，张宇航，严荔，郭正儒，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：
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