[发明专利]一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统及方法，属于测量技术领域。

背景技术

爆炸领域比较特殊，爆炸条件复杂、恶劣，而且在爆炸和冲击过程中，结构变形剧烈而复杂，其变形在时间上是一个强烈的非线性过程，在空间上是一个严重的非均匀分布场，研究爆炸条件下材料的变形破坏行为存在一定的困难，而爆炸条件下材料与结构的变形破坏一直是爆炸力学领域的重点和难点。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。

爆炸冲击实验作为一种基本的动态加载实验手段，是研究结构爆炸冲击响应的重要方法，被广泛应用于爆炸防护实验研究。传统的爆炸加载方法(例如水下爆炸，外场空气爆炸)等因为爆炸过程所产生的冲击波、高温和有害的爆炸产物会对环境造成一定的污染和破坏，需要复杂的环境防护装置且实验费用昂贵。而模拟爆炸加载条件的激波管等装置虽然可以一定程度上模拟爆炸冲击波对样品的加载作用，但是却无法完全的再现爆炸过程的所有反应过程(如爆炸升温，爆轰产物等)。用于爆炸合成的爆炸罐等封闭爆炸装置虽然能很好的解决以上问题，但是其主要用于工业生产，对条件和炸药位置的控制不够精确，不利于科研研究和实验室实验。

数字图像相关方法(简称DIC)是一种新兴的光力学测量技术，该方法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。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

针对传统测量材料抗爆炸冲击性能的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，本发明的目的之一是提供一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统，所述系统适用于研究不同强度载荷加载条件下的梯度实验；本发明的目的之二是提供一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统的实现方法，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：

一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统，所述系统主要包括爆炸加载装置、同步触发器、照明装置、高速相机和计算机采集终端；

其中，所述爆炸加载装置包括爆炸容器、可拆卸底座、和炸药固定结构；所述爆炸容器为两端开口的圆柱形结构，在爆炸容器的筒壁上加工有两个以上的通孔；爆炸容器顶端的圆周面上加工有与法兰盖相互配合的环形凸台；底端加工有与可拆卸底座相互配合的环形底盘；所述炸药固定结构由一根支撑杆和一个圆环形的装药托盘组成；所述装药托盘用于装载炸药和电雷管；

所述高速相机的个数为两台；所述照明装置为两套以上；

所述同步触发器具有上升沿的脉冲电信号，其输出信号为5伏TTL；

整体连接关系：