[发明专利]一种测量密闭容器爆炸载荷下动态响应的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量密闭容器爆炸载荷下动态响应的方法，具体涉及一种测量密闭容器在爆炸载荷作用下壳体表面动态响应的方法，壳体的动态响应包含微小变形和弹性振动，属于测量技术领域。

背景技术

爆炸容器是一种常见的爆炸实验装置，广泛应用于科学研究、国防军事、爆炸加工、公共安全等领域，如爆炸加工和爆炸实验研究。对于可重复使用的爆炸容器，在许用装药量前提下，仅允许容器壳体发生可以忽略的微小变形和弹性振动。此外，爆炸容器在受到爆炸载荷作用下的破坏模式和容器结构的固有振动特性息息相关，容器壳体结构的薄弱模态会引起壁面的局部应力集中最终导致破坏，其中结构的固有振动频率和主要振型构成了它的固有振动特性。因此，测量爆炸容器在爆炸载荷条件下的动态响应(包含变形与振动)，对于爆炸容器的设计和安全性能检测具有十分重要的意义。研究结构动态特性有两种基本思路：一种为有限元模拟,一种为实验模态分析法。根据所测物理量的不同，实验模态分析又分为位移模态分析和应变模态分析。位移模态分析是以位移(加速度)响应为基本测量参数，该方法已经在工程上较为常见。另外，为了保证爆炸容器在检测前后的结构完整性，选择一种无损检测方法是必要条件。

目前，传统的测量方法有很大的局限性，如基于应变片的电测法和反射面速度干涉仪(VISAR)方法等都只能得到一点或多点的变形信息，无法获得被测表面的全场变形，难以深入、全面了解材料和结构的动态变形过程。而传统的光测方法(如全息干涉、散斑照相术、密栅云纹方法等)，一般都要求使用激光作为光源，光路复杂，测量结果容易受到外界振动的影响，这些条件的限制使得传统非接触测量方法在类似爆炸这种恶劣环境的实验中应用困难。

数字图像相关方法(简称DIC)是一种新兴的光学无损测量技术，该方法仅需在待测样品表面制备黑白散斑场(清洗即可出去)，主要用于测量加载作用下观测对象表面的变形场，它具有非接触性、全场测量、光路简单、可用白光光源、不易受外界影响、对隔振条件要求较低、测量范围和精度可根据需要调整、数据处理自动化程度高等优点，是研究爆炸容器动态响应过程的潜在测试手段。DIC方法的主体思想是在上个世纪80年代由日本IYamaguchi和美国南卡罗莱纳州(SouthCarolina)大学的Peter和Ranson等人同时独立提出的。Sutton等根据这种思想发展出了相应的数值算法，发展成了现在熟知的二维数字图像相关方法(2DDIC)方法，很多学者也利用这种方法在多领域展开了大量的研究工作。但是，传统的2DDIC方法只能测量物体表面的面内位移，一些学者对DIC方法进行了改进能够得到离面位移数据，但是这些改进方法都或多或少有一些缺陷，不能算是真正的三维测量。90年代，Luo和Sutton等人利用一对相机从不同角度对被测物体表面成像，首次把双目立体视觉原理和DIC方法相结合测得了物体表面的三维形貌及变形场。Chao等将计算机视觉理论与2DDIC相结合，实现了对曲面的三维位移测量，推动了DIC在3D变形场测量中的发展。随后Sutton等又提出了新的相机标定方法，简化了标定过程，使三位数字图像相关(3DDIC)方法日趋成熟。近年来，基于3DDIC方法的研究大都是静态或准静态加载下材料和结构的变形场测量。而在动态加载条件尤其是爆炸加载条件下的高速变形与破坏过程仍存在环境恶劣、存在危险性、速度较快难以捕捉、运动物体存在残影等技术和实验难题，但是随着高速相机的发展，捕捉爆炸或冲击等动态加载条件下的高速变形场图像数据成为可能。

发明内容

针对传统测量爆炸容器动态响应规律(包括变形和振动)的无损测量方法只能对爆炸过程中动态变形样品表面一点或多点进行测量记录，无法得到全场变形信息；以及传统测量方法适用范围狭隘、操作环境要求过高，同时改变爆炸加载强度控制困难、加载条件复杂多变的问题，本发明的目是提供一种测量密闭容器爆炸载荷下动态响应的方法，所述方法测量条件要求简单，非接触能保证安全，并且对于动态过程的测量精度较高，可以捕捉整个爆炸过程中的被测物表面全场变形信息。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种测量密闭容器爆炸载荷下动态响应的方法，所述方法具体步骤如下：

(1)对待测容器的待测表面进行去除油污并打磨处理后，在待测表面喷涂一层厚度≤0.1mm的底漆，干燥，将散斑场模板覆盖在底漆表面，制作随机分布的散斑点，得到散斑场；

其中，所述散斑场模板为硬纸板材质，其上均匀分布大小相近的不规则形状孔洞；所述孔洞通过激光微刻制作得到，其直径在高速相机视场内的大小为5个像素；