一种地表冲击波环境化爆模拟测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种爆炸力学模拟测试系统，具体涉及一种地表冲击波环境化爆模拟测试系统及方法。解决了现有爆炸力学模拟测试系统不适用远距离大当量爆炸，以及可设计性差、要求高、工作量大、效率低的技术问题。本发明专利技术测试系统包括考核平台、载荷模拟单元和起爆测试单元；考核平台包括地基、考核结构和传感器；载荷模拟单元包括方框结构、泄压板、多个堵头螺栓、爆炸源和匀化材料；方框结构、泄压板和地基形成加载空腔；泄压板上设置多个泄气螺纹孔；堵头螺栓插入到泄气螺纹孔内；起爆测试单元包括压力传感器、起爆线、起爆器和数据采集设备；爆炸源通过起爆线与起爆器电连接；起爆器、压力传感器和考核结构的传感器分别与数据采集设备电连接。电连接。电连接。

【技术实现步骤摘要】
一种地表冲击波环境化爆模拟测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种爆炸力学模拟测试系统，具体涉及一种地表冲击波环境化爆模拟测试系统及方法。

技术介绍

[0002]触地或近地面爆炸时，爆炸的部分能量将以空气冲击波的形式由爆心位置向外传播，在传播过程中，空气冲击波将作用于地面并形成感生地冲击载荷，当该类载荷作用于地表或地下结构时，会使地表或地下结构产生变形、结构损伤甚至毁坏，严重威胁就近人员的人身和财产安全。研究地表冲击波环境加载下地下的结构、材料的动态响应和抗冲击性能，已经成为国内外学者普遍关注的一个重要课题，精准模拟爆炸加载环境也成为实验爆炸力学研究领域的巨大挑战。
[0003]目前，已有报道通过原位实验、小比例尺实验以及离心模型实验，研究爆炸载荷作用下地下结构的动力学响应问题，但相关研究技术仅适用于近距离、小当量爆炸工况。对于远距离大当量爆炸加载，原位实验存在实验场地寻找困难、实验成本高昂、加载附加影响范围大的问题；且由于爆心距远大于结构尺寸，小比例尺实验以及离心模型实验很难通过缩比模型方式实现该类加载环境的模拟。现有技术虽有提出采用炸药阵列起爆的方式模拟地表冲击波载荷，但相关文献仅仅使用炸药阵列进行简单模拟，并未给出标准化的载荷设计方法；其次，相关方法主要采用填土控制压力卸载，载荷模拟可设计性差、实验场地面积要求较大、场地清理过程复杂，工作量大，实验实施效率低，不适用于实验室研究建设。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有研究爆炸载荷作用下地下结构的动力学响应实验不适用远距离大当量爆炸加载工况，以及现有地表冲击波载荷模拟可设计性差、实验场地要求高、工作量大、实施效率低、不利于实验室建设的技术问题，而提供一种地表冲击波环境化爆模拟测试系统及方法。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：
[0006]本专利技术一种地表冲击波环境化爆模拟测试系统，其特殊之处在于：包括考核平台、载荷模拟单元和起爆测试单元；
[0007]所述考核平台包括地基、设置在地基内并位于地表下的考核结构和分别设置在考核结构表面和内部的传感器；
[0008]所述考核结构为地表冲击波加载实验的研究对象；
[0009]所述载荷模拟单元包括上下均开口的方框结构、设置在方框结构上端的泄压板、爆炸源、匀化材料和多个堵头螺栓；
[0010]所述方框结构的下端与地基表面连接，且考核结构处于方框结构中部正下方位置；所述方框结构的侧面中部开设有至少一个测量孔；
[0011]所述泄压板上设置有均匀分布的多个泄气螺纹孔；
[0012]所述堵头螺栓用于插入到泄气螺纹孔内进行封堵；
[0013]所述爆炸源设置在方框结构内；
[0014]所述匀化材料填充在方框结构内，用于支撑固定爆炸源；
[0015]所述起爆测试单元包括与测量孔数量一致的压力传感器、起爆线、起爆器和数据采集设备；
[0016]所述爆炸源的起爆端通过起爆线与起爆器连接；
[0017]所述压力传感器的测量端插入测量孔内，输出端与数据采集设备电连接；
[0018]设置在考核结构表面和内部的传感器通过信号传输线与数据采集设备电连接，用于测量起爆后考核结构的动力学响应信号；
[0019]所述起爆器通过信号传输线与数据采集设备电连接。
[0020]进一步地，所述爆炸源包括多个导爆索和电雷管；所述多个导爆索以阵列形式排布在方框结构的中部，且多个导爆索的上端汇聚于同一点；所述电雷管的一端通过汇聚点分别与多个导爆索连接，另一端通过起爆线与起爆器连接；所述多个导爆索和电雷管通过匀化材料固定设置在方框结构内；所述考核平台还包括回填材料；所述地基表面开设有方形凹槽；所述考核结构设置在方形凹槽内，并通过回填材料进行回填支撑，保证方形凹槽填充至与地基表面齐平。
[0021]进一步地，所述方框结构由四个侧板合围固定形成，四个侧板的上端分别与泄压板连接，下端分别与地基表面连接；所述测量孔开设在四个侧板的中部，四个压力传感器的测量端通过螺纹连接分别固定至四个测量孔内。
[0022]进一步地，所述测量孔为阶梯结构，其包括螺纹段和光孔段，螺纹段靠近外侧，且螺纹段外径大于光孔段外径。
[0023]进一步地，所述载荷模拟单元还包括多个密封橡胶；所述侧板与侧板的连接处以及侧板与泄压板的连接处分别设置有密封橡胶。
[0024]进一步地，所述侧板的底端设置有外延连接耳，侧板通过外延连接耳与地基表面连接；所述地基上开设有与外界连通的斜向导线槽，考核结构表面和内部的传感器信号传输线置于斜向导线槽内并向外引出；所述匀化材料为聚苯乙烯泡沫。
[0025]进一步地，所述侧板与侧板之间通过两排高强螺栓连接，密封橡胶位于两排高强螺栓之间；所述四个侧板的上端分别与泄压板通过两排高强螺栓连接紧固，密封橡胶位于两排高强螺栓之间；所述地基为加强筋混凝土结构，地基表面平整，地基上设置有与方框结构连接的螺纹孔；所述螺纹孔的孔壁为金属材质，并与混凝土内加强筋焊接固结；所述侧板的内侧面和上端面分别设置有密封槽，所述密封橡胶嵌设在密封槽内。
[0026]本专利技术还提供了一种地表冲击波环境化爆模拟测试方法，基于上述的地表冲击波环境化爆模拟测试系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0027]步骤S1)加载方案设计
[0028]根据预设加载压力时程曲线设计爆炸源的装药量、泄压板的泄气螺纹孔数量和压力传感器的量程；
[0029]步骤S2)根据压力传感器的量程选择压力传感器，将压力传感器、起爆器、数据采集设备进行连接调试，确保运行正常；
[0030]步骤S3)测试平台搭建
[0031]步骤S3.1)将考核结构上的传感器安装好，将考核结构和方框结构在预定的地基位置处安装好，将压力传感器进行安装；根据泄气螺纹孔数量封堵泄压板表面的泄气螺纹孔；
[0032]步骤S3.2)按照爆炸源的装药量设置爆炸源，通过匀化材料将爆炸源固定在方框结构内，保证匀化材料将方框结构填充满；
[0033]步骤S3.3)将爆炸源起爆端从泄压板其中一个泄气螺纹孔穿出，将泄压板与方框结构固连，将爆炸源起爆端通过起爆线连接至起爆器；
[0034]步骤S4)起爆
[0035]先启动数据采集设备提前进行数据采集，随后使用起爆器控制爆炸源起爆，将各传感器的信号以及起爆时间信号通过数据采集设备记录；
[0036]步骤S5)后处理
[0037]实验结束后，拆卸泄压板，随后将方框结构和地基内的爆炸物清理干净；对记录的数据进行处理获得地表冲击波环境化爆模拟测试结果。
[0038]进一步地，步骤S1)中，所述装药量根据下述公式确定：
[0039][0040]所述泄气螺纹孔数量根据下述微分方程确定：
[0041][0042]p0为压力时程曲线的峰值压力；
[0043]γ为爆炸产物的绝热指数；
[0044]γ0为空气的初始绝热指数；
[0045]p<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地表冲击波环境化爆模拟测试系统，其特征在于：包括考核平台、载荷模拟单元和起爆测试单元；所述考核平台包括地基(1)、设置在地基(1)内并位于地表下的考核结构(3)和分别设置在考核结构(3)表面和内部的传感器；所述考核结构(3)为地表冲击波加载实验的研究对象；所述载荷模拟单元包括上下均开口的方框结构、设置在方框结构上端的泄压板(8)、爆炸源、匀化材料(5)和多个堵头螺栓(9)；所述方框结构的下端与地基(1)表面连接，且考核结构(3)处于方框结构中部正下方位置；所述方框结构的侧面中部开设有至少一个测量孔；所述泄压板(8)上设置有均匀分布的多个泄气螺纹孔；所述堵头螺栓(9)用于插入到泄气螺纹孔内进行封堵；所述爆炸源设置在方框结构内；所述匀化材料(5)填充在方框结构内，用于支撑固定爆炸源；所述起爆测试单元包括与测量孔数量一致的压力传感器(7)、起爆线(11)、起爆器(13)和数据采集设备(12)；所述爆炸源的起爆端通过起爆线(11)与起爆器(13)连接；所述压力传感器(7)的测量端插入测量孔内，输出端与数据采集设备(12)电连接；设置在考核结构(3)表面和内部的传感器通过信号传输线与数据采集设备(12)电连接，用于测量起爆后考核结构(3)的动力学响应信号；所述起爆器(13)通过信号传输线与数据采集设备(12)电连接。2.根据权利要求1所述的一种地表冲击波环境化爆模拟测试系统，其特征在于：所述爆炸源包括多个导爆索(6)和电雷管(10)；所述多个导爆索(6)以阵列形式排布在方框结构的中部，且多个导爆索(6)的上端汇聚于同一点；所述电雷管(10)的一端通过汇聚点分别与多个导爆索(6)连接，另一端通过起爆线(11)与起爆器(13)连接；所述多个导爆索(6)和电雷管(10)通过匀化材料(5)固定设置在方框结构内；所述考核平台还包括回填材料(2)；所述地基(1)表面开设有方形凹槽；所述考核结构(3)设置在方形凹槽内，并通过回填材料(2)进行回填支撑，保证方形凹槽填充至与地基(1)表面齐平。3.根据权利要求1或2所述的一种地表冲击波环境化爆模拟测试系统，其特征在于：所述方框结构由四个侧板(4)合围固定形成，四个侧板(4)的上端分别与泄压板(8)连接，下端分别与地基(1)表面连接；所述测量孔开设在四个侧板(4)的中部，四个压力传感器(7)的测量端通过螺纹连接分别固定至四个测量孔内。4.根据权利要求3所述的一种地表冲击波环境化爆模拟测试系统，其特征在于：所述测量孔为阶梯结构，其包括螺纹段和光孔段，螺纹段靠近外侧，且螺纹段外径大于光孔段外径。
5.根据权利要求4所述的一种地表冲击波环境化爆模拟测试系统，其特征在于：所述载荷模拟单元还包括多个密封橡胶；所述侧板(4)与侧板(4)的连接处以及侧板(4)与泄压板(8)的连接处分别设置有密封橡胶。6.根据权利要求5所述的一种地表冲击波环境化爆模拟测试系统，其特征在于：所述侧板(4)的底端设置有外延连接耳(14)，侧板(4)通过外延连接耳(14)与地基(1)表面连接；所述地基(1)上开设有与外界连通的斜向导线槽(15)，考核结构(3)表面和内部的传感器信号传输线置于斜向导线槽(15)内并向外引出；所述匀化材料(5)为聚苯乙烯泡沫。7.根据权利要求6所述的一种地表冲击波环境化爆模拟测试系统，其特征在于：所述侧板(4)与侧板(4)之间通过两排高强螺栓连接，密封橡胶位于两排高强螺栓之间；所述四个侧板(4)的上端分别与泄压板(8)通过两排高强螺栓连接紧固，密封橡胶位于两排高强螺栓之间；所述地基(1)为加强筋混凝土结构，地基(1)表面平整，地基(1)上设置有与方框结构连接的螺纹孔；所述螺纹孔的孔壁为金属材质，并与混凝土内加强筋焊接固结；所述侧板(4)的内侧面和上端面分别设置有密封槽(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯凯，卢强，丁洋，陶思昊，李翱，刘赟哲，白武东，张耿，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：