[发明专利]一种基于一维应变条件的爆炸加载装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种基于一维应变条件的爆炸加载装置，所述装置包括用于爆炸冲击的加载模块、用于实现一维应变的约束模块以及用于实验数据采集的测量模块；其中，所述加载模块包括起爆器、炸药、容器以及用于将爆炸载荷均匀传递到试件上的介质；所述约束模块包括开有观察窗的钢管、上金属板、下金属板；所述测量模块包括支撑结构、用于测量背板运动速度的激光干涉测速仪、用于测量作用压力的传感器、用于测量空气超压的传感器、用于观察材料压缩过程的高速摄像机、用于测量钢管变形的应变片以及用于采集数据的示波器。本发明可实现对脆性多孔材料进行小试件一维应变加载实验，从而避免采用大试件的局部爆炸加载实验来满足一维应变加载条件，并能增加对爆炸加载过程中实验参数的测量，同时能观察到试件压缩过程。

技术领域

本发明涉及冲击防护工程领域，具体涉及一种基于一维应变条件的爆炸加载装置。

背景技术

多孔材料由于具有轻质化、削波和恒定反馈载荷等抗冲击特性被广泛应用于防护设计。通常情况下，弹塑性多孔材料相关测试的力学性能多与真实受力情况相符，其胞体被挤压坍塌之后，内部的空间被完全释放，并不会带来横向尺寸的明显变化。因此，弹塑性多孔材料在一维应力加载和一维应变加载下的应力应变曲线一致，并且都会出现应力平台，其中，应力平台是评价其吸收冲击能量的重要参数。然而，对于脆性多孔材料而言，如多孔混凝土、泡沫陶瓷等，情况则有所不同。脆性多孔材料在没有侧向约束进行压缩的情况下（即一维应力加载），其变形并不是沿着轴向的，而是沿着剪切滑移面产生明显的横向移动，同时脆性多孔材料的内部极易产生应力集中，从而造成材料的崩裂和脱落。因此，脆性多孔材料在一维应力加载下的力学性能与真实受力情况不符，需要进行大试件的局部加载实验，即需要满足一维应变加载条件。另外，脆性多孔材料在一维应力加载下不存在明显的应力平台段，无法判断其吸收冲击能量的能力。目前，有研究人员利用钢套筒约束试件横向变形的方法，实现脆性多孔材料的一维应变准静态压缩实验，但未涉及到爆炸冲击作用下的一维应变加载方法。另外，脆性多孔材料一维应变准静态加载下的力学特性不能完全反映出其在爆炸冲击作用下的力学响应。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于一维应变条件的爆炸加载装置，该装置避免采用大试件的局部爆炸加载实验来满足一维应变加载条件，并能增加对爆炸加载过程中实验参数的测量，同时能观察到试件压缩过程。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种基于一维应变条件的爆炸加载装置，其特征在于，包括用于爆炸冲击的加载模块、用于实现一维应变的约束模块以及用于实验数据采集的测量模块。所述加载模块包括起爆器、炸药、容器以及介质，其中，所述容器装有用于将爆炸载荷均匀传递到试件上的介质，而所述炸药放置在介质中，所述起爆器用于引爆炸药。所述约束模块包括开有观察窗的钢管、上金属板、下金属板，所述观察窗沿钢管轴向开设，其内部的宽度大于外部。所述上金属板的直径略小于钢管直径，其位于试件上表面，用于传递载荷。所述下金属板固定在支撑结构上，并位于试件下表面。所述测量模块包括支撑结构、用于测量背板运动速度的激光干涉测速仪、用于测量作用压力的传感器、用于测量空气超压的传感器、用于观察材料压缩过程的高速摄像机、用于测量钢管变形的应变片以及用于采集数据的示波器。所述测量作用压力的传感器位于试件上下表面，所述激光干涉测速仪与测量空气超压的传感器位于下金属板背面并保持合理距离。

本发明的一个优选方案，所述容器为圆柱状，其放置在上金属板上，底部采用柔性塑料膜密封，有利于将爆炸载荷均匀传递给上金属板；容器的直径略小于所述的钢管，其高度根据炸药位置进行调节。

本发明的一个优选方案，所述炸药的类型、药量以及与所述上金属板的距离需要根据实验载荷大小进行调节。

本发明的一个优选方案，所述观察窗的高度与试件高度一样，其外部宽度应大于材料的三倍孔径，所述观察窗设置有高强度的透明材料，用于满足一维应变加载条件。

本发明的一个优选方案，所述钢管与支撑结构以及下金属板采用螺栓连接，且下金属板位于中间。