[实用新型]一种撞击等效水下爆炸冲击加载实验测试装置系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及水下冲击动力学及力学实验技术领域，特别是一种通过撞击产生等效水下爆炸冲击波载荷及其作用下结构动力学行为测试装置，属于冲击动力学领域。

背景技术

目前，对复合材料与典型结构在高应变率载荷下的动力学响应的研究手段主要依赖于霍普金森杆与轻气炮冲击加载方法，这方面的专利也相当多，但对其在水下爆炸冲击载荷作用下的动力学响应特性的研究手段，特别是实验手段却相对有限。由于结构与材料水下爆炸冲击响应的理论研究相当困难，绝大多数研究是使用商业有限元软件进行数值模拟，而在这方面受到对华出口限制，我国无法获取诸如USA、UNDEX等关键数值模拟模块。此外，对复杂结构的数值模拟也往往存在建模困难的问题。这样，水下爆炸实验就显得十分重要，但是目前实验研究手段尚不能满足工程和技术需求，只能借助水池爆炸实验与水箱小当量实验。水池爆炸实验与水箱小当量实验不仅存在安全性差，而且成本高，对硬件设施要求极高，实验效率十分低下，因此非常需要新的水下爆炸冲击实验方法，使得水下爆炸冲击加载结构的实验研究摆脱炸药的使用，而且可以在实验室范围内即可实现并具有一定的可靠性和可重复行，实现在一定程度上替代水下实爆和水池爆炸实验。

发明内容

本实用新型为了实现实验室范围内等效产生水下爆炸冲击波载荷，提出一种在实验室范围内就可以实现等效水下爆炸冲击加载的实验装置，该装置采用高速撞击的方式，通过气炮驱动飞片撞击充水锥形水靶舱活塞，撞击应力波传入水靶仓内的水介质中形成等效水下爆炸冲击波载荷，实现对水下爆炸冲击环境的模拟。该实验装置可以在一定程度上替代水下爆炸实验，是一种新的、简便易行的、可用于研究水下冲击加载的实验技术。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种撞击等效水下爆炸冲击加载实验测试装置系统，包括：气炮发射系统、防护方靶舱系统、水靶舱系统、校核靶板、靶板高速变形测量系统，所述气炮发射系统与水靶舱系统相连，所述气炮发射系统采用气炮驱动提供动力，所述气炮驱动包括气炮气室以及发射管，所述气炮驱动采用空气压缩机来提供高压气体，所述防护方靶舱系统与气炮发射系统相连，所述防护方靶舱系统呈方形，并在其左右与后部均设置有光学测试窗口，所述防护方靶舱系统还配有真空泵抽真空接口，所述水靶舱系统呈圆锥形，所述水靶舱系统放置在防护方靶舱内并且能够加注水介质，所述校核靶板固定在水靶舱大端口处，校核靶板面内具有沿径向均布的3个压力传感器安装口，用于测量校核靶板湿表面的压力时程，所述靶板高速变形测量系统位于水靶舱系统的后方，使用高速相机拍摄靶板云纹变化情况。

进一步的，所述的水靶舱系统小端口直径66mm，使用活塞加○型橡胶圈进行密封；大端口直径152mm，具有用于固定靶板的12个周向均布螺纹孔，整个水靶舱外径292mm，水靶舱材料为加黑处理的42CrMo钢。

更进一步的，所述空气压缩机最高工作压力1.4MPa，空气桶容量110L，排气量0.36m3/min，在飞片厚为5mm时，能够将其加速最大至500m/s。

优选的，该装置系统还包括：光学测速装置，该光学测速装置与所述气炮发射系统相连接，并设置在发射管的末端端口，通过螺栓固定在炮管壁，用于测量飞片的出口速度，该光学测速装置采用两个激光器发出激光，利用两个接受二极管感应激光光源，并将接受信号与测速计数器相连；当气炮发射管内的飞片通过并依次阻隔激光时，接受两个二极管电压信号均为0，计数器记下信号的变化时间，然后利用两个激光器的间隔距离除以时间即可得到飞片的出膛速度。

更进一步的，该装置系统还包括：电涡流触发装置，该电涡流触发装置与所述气炮发射系统相连接，并设置在气炮发射系统上发射管的末端端口，位于两个激光器的中间位置，通过螺栓固定在炮管壁。

优选的，该装置系统还包括：阻尼缓冲装置，该阻尼缓冲装置具有两个液压高能阻尼缓冲器，分别位于水靶舱两侧并固定在方舱舱壁上，使用一环形带两臂结构与阻尼器端部连接，用于靶舱受撞击后的能量缓冲。

优选的，该装置系统还包括：球形支撑基座，该球形基座固定安放在方舱底壁，具有4个可调节高度的球形支撑，通过调节可使水靶舱小端口与发射管管心中心对正，确保弹道一致。

优选的，该装置系统还包括：三个水下高频压力传感器，该压力传感器量程为0～400MPa，过载能力≤150％F.S，固有频率≥150kHz，上升时间≤4μs，抗冲击能力≤5000g，工作温度在-55℃～150℃。