[发明专利]气体炮测试材料动态效应装置及测试方法

说明书

技术领域：

本发明涉及到运用一级气体炮来对材料进行冲击的装置设计，包括弹与材料组合的设计，属于材料测试领域；特别是气体炮测试材料动态效应装置及测试方法。

背景技术：

近年来,国内外纷纷对高强混凝土和钢纤维高强混凝土进行抗常规武器侵彻和爆炸的试验研究。材料状态方程主要通过试验得到,这方面的试验还很不够。气体炮是当前实验用的冲击加载装置，气体炮可以高速发射弹丸与试验材料撞击来进行加载。90年代，Grady等就已经开始利用气体炮得到冲击压缩下的Hugoniot数据,严少华(高强混凝土及钢纤维高强混凝土高压状态方程的实验研究，解放军理工大学学报，2000,1(6):49—53.)等进行平板撞击实验，焦楚杰，浣石，蒋国平，高乐设计了一种气体炮测试材料装置(一种测试材料动态性能的气体炮装置(201010141475.4))。然而，气体炮试验通常要求撞击后，通常要求冲击波在一维的状态下进行传播，因此动态效应(摩擦力效应，惯性力效应)在气体炮实验中很难实现，而相对较低冲击速度的SHPB实验中很容易就可以得到动态效应结果(蒋国平，郝洪  曾春航  郝逸飞  吴如军  刘纪超.冲击作用下的摩擦力效应实验研究，物理学报，2013，62(11)：116203-1-116203-5.)，因此，对用气体炮进行高速碰撞实验，需要设计气体炮二维实验，需要对冲击的弹与试块进行设计。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种气体炮测试材料动态效应装置及测试方法，该气体炮测试材料动态效应装置结构简单、设计合理，有利于实现对待测材料进行摩擦力效应和惯性力效应的测试。

本发明气体炮测试材料动态效应的装置，其特征在于：包括柱形炮管和设在炮管体内的柱形炮弹，炮管一端具有高压进气口，另一端管口设有待测材料块，所述待测材料块上设有传感器，所述柱形炮弹外周设有橡胶环以密封炮管。

上述柱形炮弹包括有圆柱形轻质弹体和设在圆柱形轻质弹体上部阶梯面上的飞片，所述飞片呈圆柱形，其上表面设有高于圆柱形轻质弹体上表面的弧形凸出。

上述柱形炮弹外周面设有两道环槽，所述环槽内套设有橡胶环。

上述待测材料块由两块以上叠置的混凝土方块组成，待测材料块通过环氧树脂固定在位于柱形炮管端口的靶板上，所述传感器包括有锰铜传感器或鏮铜传感器。

上述圆柱形轻质弹体的材料为聚四氟乙烯材料，飞片为铝材。

本发明气体炮测试材料动态效应装置的工作原理：柱形炮弹密封设在柱形炮管内，在炮管一端高压进气口高压气的作用下，使柱形炮弹端头撞向待测材料块，设在待测材料块上的传感器测得压力信号或拉伸信号等。

本发明气体炮测试材料动态效应装置进行测试的方法，其特征在于：所述气体炮测试材料动态效应的装置包括柱形炮管和设在炮管体内的柱形炮弹，炮管一端具有高压进气口，另一端管口设有待测材料块，所述待测材料块上设有传感器，所述柱形炮弹外周设有橡胶环以密封炮管，根据动态效应产生的机理，摩擦力效应实验可以采用直径相同，厚度不同的待测材料块进行实验，惯性力效应可以采用长径比一致的待测材料块进行实验；同时，动态效应通常是横向效应，测试同一个拉格朗日位置时需要测试压力与拉伸信号，高速碰撞中通常用锰铜传感器测量压力信号，用鏮铜传感器测量拉伸信号。

本发明的优点：结果简单、设计合理，有利于简便地实现对待测材料进行摩擦力效应和惯性力效应的测试。

附图说明：

图1是本发明柱形炮弹的构造示意图；

图2是本发明使用状态构造示意图；

图3是二维实验典型的压力时程曲线图；

图4是气体二维实验摩擦力效应实验结果图；

图5气体二维实验惯性力效应实验结果图。

具体实施方式：

本发明气体炮测试材料动态效应的装置，包括柱形炮管1和设在炮管体内的柱形炮弹2，炮管1一端具有高压进气口3，另一端管口设有待测材料块4，所述待测材料块上设有传感器5，所述柱形炮弹外周设有橡胶环6以密封炮管。该传感器可以是锰铜传感器或鏮铜传感器等。

为了设计合理，上述柱形炮弹包括有圆柱形轻质弹体和设在圆柱形轻质弹体上部阶梯面上的飞片8，所述飞片呈圆柱形，其上表面设有高于圆柱形轻质弹体上表面的弧形凸出9。

为了起到良好的密封，上述柱形炮弹外周面设有两道环槽10，所述环槽内套设有橡胶环6。