[发明专利]一种低速冲击载荷下含能材料的绝热温升测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于含能材料测试技术领域，具体涉及一种低速冲击载荷下含能材料的绝热温升测试系统及方法。

背景技术

在冲击载荷作用下，材料将会产生塑性变形，一部分塑性变形能转换成热量而使材料温度快速升高，即绝热温升效应。绝热温升效应除了导致材料软化而降低结构强度外，对于含能材料，还可能导致含能材料发生反应爆炸而引发灾难性事故，因此，机械载荷能量在含能材料中如何转换为热量以及转换系数是多少，是相关研究十分关注而实验基础又非常薄弱的问题，其关键技术之一就是需要建立一种能够快速灵敏地反应在冲击载荷作用下含能材料的绝热温升的过程曲线测试方法。

在航天航空等其他工程领域，由于担心在冲击载荷作用下金属材料温升软化而结构失效，已建立了一些方法用于测试冲击载荷作用下金属材料绝热温升，如红外辐射测温等，但红外辐射测温误差大于3℃。而含能材料一般具有低强度、反应过程时间短(微秒级)等特点，在冲击载荷作用下，初始阶段温升幅度较小(小于30℃)，中后期反应阶段温度又快速升高(超过250℃甚至更高)，但初始阶段温升过程对于认识含能材料的反应起爆机理又至关重要，因此，需要建立一种即可以测试精确测试温升幅度较小(小于30℃)、也可以测试温升幅度较大(超过250℃)、响应时间为微秒级的含能材料绝热温升曲线测试方法。

本发明提出了一种基于微细热电偶的测试方法，解决了低速冲击载荷下含能材料的微秒级绝热温升的过程曲线测试问题。

发明内容

[要解决的技术问题]

本发明针对含能材料的低强度、反应过程时间短、温升幅度变化范围较大等特点，通过对其中的温度传感器选择、测试线路组成、温度修正方法、系统响应时间测试、传感器埋置方法、载荷加载方法等方面技术问题的解决，建立了一种基于微细热电偶的低速冲击载荷下含能材料的绝热温升测试系统及方法。

[技术方案]

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

本发明提供了一种低速冲击载荷下含能材料的绝热温升测试系统，包括铜-康铜微细热电偶、信号放大器和示波器，所述的铜-康铜微细热电偶通过连接导线依次与信号放大器和示波器连接；所述铜-康铜微细热电偶的铜丝和康铜丝的偶接点作为测试端，所述的铜-康铜微细热电偶的铜丝、康铜丝分别与连接导线的连接点作为参考端；所述的参考端置于恒温装置中。

进一步的技术方案是：所述的恒温装置为装有冰水混合物的保温桶。

进一步的技术方案是：所述的铜-康铜微细热电偶的铜丝和康铜丝的直径均小于0.2mm且不带保护外壳；所述的铜-康铜微细热电偶的铜丝和康铜丝的偶接点的直径小于0.5mm。

进一步的技术方案是：所述的信号放大器的采样频率≥100MHz；所述的示波器的采样频率≥2.5GHz。

本发明还提供了一种采用所述的低速冲击载荷下含能材料的绝热温升测试系统测试含能材料的绝热温升曲线的方法，包括以下步骤：

步骤A：获得温度与电势差的拟合曲线：将铜-康铜微细热电偶的测试端置于恒温油槽中，控制恒温油槽的温度为0～300℃，在0～300℃范围内取6～10个温度点，相邻的两个温度点的间隔为20～50℃，然后分别测试上述温度点的电势差值，将温度、电势差拟合后获得温度与电势差的拟合曲线和公式；

步骤B：检测测试系统的响应时间：采用纳秒级脉冲宽度的激光脉冲作用于铜-康铜微细热电偶，测试响应温度达到峰值的时间，该时间作为测试系统的响应时间，要求测试系统的响应时间不大于10μs；

步骤C：测试含能材料的绝热温升曲线：将铜-康铜微细热电偶的测试端置于含能材料试样的内部，然后将含能材料试样放置于霍普金森压杆装置中，调节霍普金森压杆装置的撞击杆速度，使撞击杆以不同速度撞击入射杆，入射杆再作用于含能材料试样上，铜-康铜微细热电偶的测试端测试含能材料试样绝热温升过程的电势差，然后根据步骤A的温度与电势差的拟合曲线和公式得到含能材料的绝热温升曲线。

进一步的技术方案是：所述的恒温油槽的温度采用标准铂电阻温度计进行测量。

进一步的技术方案是：所述的铜-康铜微细热电偶的测试端采用在含能材料成型过程中预埋的方法置于含能材料试样的内部；或所述的铜-康铜微细热电偶的测试端采用在成型后的含能材料试样上进行机加掏孔再埋入的方法置于含能材料试样的内部，机加掏孔埋入时，在铜-康铜微细热电偶与孔壁之间采用环氧胶进行填隙。

进一步的技术方案是：所述的含能材料为RDX、HMX、PETN、CL-20、FOX-7、AP中的一种。