[发明专利]一种水下爆炸冲击等效加载实验测试系统及其测试方法

说明书

技术领域

本发明属于冲击动力学领域，具体涉及一种水下爆炸冲击等效加载实验测试系统及其测试方法，用于水下冲击动力学及实验力学测试实验。

背景技术

为提高水中装备的生存能力，其防护结构一直是研究的重点。近年来提出了一系列的新的复合材料以及夹层板结构，基于霍普金森杆实验技术对新型结构以及材料的研究有大量的文献可参考，但对其在水下爆炸冲击作用下的研究却较少，且实验手段更为有限。由于结构与材料对水下爆炸冲击响应理论研究相当困难，因此只能借助于实验与数值模拟研究方法。由于国内有限元商业软件的匮乏，只能借助于国外已有的大型有限元商业软件，但是在水下爆炸方面，由于美国在软件核心模块的对华禁运，以及大型复杂模型的复杂性，采用数值模拟方法很难得到与实际情况接近的结果。综合以上因素，通过实验手段研究新型机构和材料对水下爆炸的冲击响应就显得尤为重要。现有的实验手段主要是通过水池爆炸试验以及小当量水下爆炸实验。这两种实验手段都需要很高的实验成本，实验硬件设施要求高，实验效率低，且具有相当程度的危险性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下爆炸冲击等效加载实验测试系统及其测试方法，实现了在实验室条件下等效水下爆炸等效载荷加载实验，同时可以对冲击波与结构的相互作用机理以及结构的冲击响应规律进行研究。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种水下爆炸冲击等效加载实验测试系统，子弹发射系统、子弹测速系统、水靶舱系统以及压力测量系统；依次设置子弹发射系统、子弹测速系统、水靶舱系统，压力测量系统设置在水靶舱系统舱壁。

所述子弹发射系统包括火枪-和子弹，通过火枪-驱动子弹，子弹为长度不同的圆柱形铝制弹丸，通过改变子弹长度，改变子弹质量。

所述子弹测速系统由两套平行设置的时间记录仪组成，时间记录仪包括两张导电纸和双通道时间通断记录仪，两张导电纸的导电层不接触，两张导电纸分别与双通道时间通断记录仪连接，两套时间记录仪的导电纸间隔30-80cm平行布置，时间记录仪的导电纸设置在子弹的飞行路径上。

所述水靶舱系统由水靶舱、活塞、O型圈、被测试件和固定装置组成；水靶舱为圆柱形通管，沿活塞外壁周向开有一圈凹槽，O型圈设置在上述凹槽中，将装有O型圈的活塞放置于水靶舱的一端，用于密封；在水靶舱另一端的端口上开有一圈凹槽，O型圈设置在上述凹槽内，被测试件设置在水靶舱的另一端端口紧贴O型圈；固定装置包括地座、固定件和支撑件，固定件中心设有圆孔，圆孔直径等于水靶舱外径，两个固定件和支撑件沿直线依次设置在地座顶部，两个固定件用于固定水靶舱，被测试件顶在支撑件上，防止被测试件从水靶舱上脱落。

压力测量系统包括压力传感器、电荷放大器、数据采集卡和计算机，在水靶舱外壁设有螺纹孔，上述螺纹孔距离被测试件距离为1/5-1/10水靶舱的长度，在螺纹孔内设置压力传感器；压力传感器与电荷放大器相连接，电荷放大器与数据采集卡连接，数据采集卡再与计算机连接，压力传感器将测得的电信号传到电荷放大器，经过电荷放大器的放大后的电信号接入数据采集卡，最后通过计算机处理数据得到压力时程曲线。

上述数据采集卡的采样频率不小于400KHz。

被测试件为表面平整的板材；子弹材质为钢、玻璃、岩石、铝或泡沫铝；水靶舱采用不锈钢或有机玻璃。

一种水下爆炸冲击等效加载实验测试系统的测试方法，方法步骤为：

步骤)通过火枪将子弹射出；

步骤)子弹通过子弹测速系统，当子弹穿过时间第一套时间记录仪的导电纸时，上述导电纸通电，正常状态下两张导电纸的导电层未接触，处于断路状态，当子弹击穿导电纸时，两张导电纸导电层接触，形成通路，与导电纸相连的双通道时间通断记录仪开始计时；当子弹通过第二套时间记录仪时停止计时，即第二套双通道时间通断记录仪停止计时；由两套时间记录仪相间隔距离除以双通道时间通断记录仪所记录时间，得到子弹的飞行速度；

步骤)子弹通过测速系统后撞击在水靶舱系统的水靶舱顶部的活塞，由撞击产生的压力波通过活塞传递至水靶舱内的水介质，通过水介质，将载荷加载到被测试件上；

步骤4)当水靶舱内的压力波传递至压力测量系统所布置的位置时，压力传感器会产生一个微弱的电信号，将此电信号传递至电荷放大器，将信号放大后传递至数据采集卡，最后通过计算机对数据采集卡所采集的数据进行处理得到水靶舱内的压力时程曲线。