[发明专利]一种装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统与方法

权利要求书

1.一种装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，其特征在于：包括试验台(1)、刚性框架(2)、爆炸冲击波形发生装置(3)、提升装置(5)；试验台包括试验台立柱和顶部横梁，通过焊接或螺栓固定连接；提升装置安装在试验台顶部横梁上，刚性框架连接在提升装置下方，刚性框架内安装有试验件，试验台地面上安装爆炸冲击波形发生装置，爆炸冲击波形发生装置通过与安装试验件的刚性框架发生垂直碰撞冲击实现冲击波形的模拟；

爆炸冲击波形发生装置包括固定底座(31)、地脚螺栓(32)、多个载荷传感器(33)、传感器转接法兰板(34)、上冲击台面(35)、多个缓冲单元(36)、冲击面板(37)和加速度计(38)；

固定底座用于固定爆炸冲击波形发生装置，地面上设有地轨，固定底座设有与地轨匹配的U型孔，通过地脚螺栓与地轨连接；

多个载荷传感器分布于固定底座上，分别通过螺栓与固定底座连接，

传感器转接法兰板数量与载荷传感器数量相同，具有两套连接孔，一套通过螺栓与载荷传感器连接，另一套通过螺栓与上冲击台面连接；

上冲击台面设有沉孔，通过沉头螺栓与传感器转接法兰板连接；上冲击台面的上表面设有多个厚度相同的卡槽，用于固定缓冲单元；

冲击面板通过焊接方式安装在刚性框架底部，为钢制厚板，具有足够的厚度以保证其刚度，且具有足够的平面度，用于撞击瞬间触及所有缓冲单元；冲击面板的平面接触到所有的缓冲单元；

加速度计固定在冲击面板上表面，位置在刚性框架重心位置，用于测量撞击加速度。

2.根据权利要求1所述的装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，其特征在于：所有缓冲单元厚度相同，且缓冲单元硬度也相同。

3.根据权利要求1或2所述的装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，其特征在于：所述缓冲单元为天然橡胶块；

通过改变天然橡胶块的材质，改变其硬度，进而模拟不同的爆炸冲击波形；

通过调整天然橡胶块的个数调整冲击波形的脉宽；

通过改变刚性框架的提升高度，进而改变冲击面板接触缓冲单元的冲击速度而改变冲击波形的幅值。

4.根据权利要求1所述的装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，其特征在于：载荷传感器为具有承载冲击功能的盘式法兰式三向力传感器，数量为4个或6个。

5.根据权利要求1所述的装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，其特征在于：传感器转接法兰板用于调整载荷传感器安装高度和安装角度，使得上冲击台面具有要求的水平度。

6.一种装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟方法，所述方法应用于权利要求1-5中任一权利要求所述的装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，其特征在于：包括以下步骤

1)将完成试验件安装的刚性框架放置在爆炸冲击波形发生装置中心位置，完成提升装置与刚性框架的连接，完成试验台架和爆炸冲击波形发生装置的安装；

2)通过提升装置将刚性框架提升至预定高度，将载荷传感器和加速度计清零；

3)释放刚性框架，让其自由下落，使冲击面板冲击缓冲单元；

4)通过加速度计测得整个冲击过程的加速度值，即为冲击波形；

5)冲击波形数据通过滤波，将滤波后的冲击波形与要求的波形对比，

6)若冲击波形峰值不足，则提升刚性框架的跌落高度，冲击波形峰值过高则降低跌落高度；

7)若冲击波形脉宽太窄，则更换更小刚度的缓冲单元或减少缓冲单元的橡胶数量，若冲击波形脉宽太宽，则更换更大刚度的缓冲单元或增加缓冲单元的橡胶数量；

8)通过多次迭代试验，直至产生所需要的爆炸冲击波形；

缓冲材料产生的爆炸冲击波形的参数通过以下过程设计选择，爆炸冲击波形的参数包括幅值和脉冲；

根据冲击动力学简化模型，刚性框架从高度H下落，以一定速度与爆炸冲击波形发生装置的缓冲单元发生弹性碰撞，在短时间内达到最大响应，m为安装有试验件的刚性框架的总质量，g为重力加速度；H为刚性框架的跌落高度；k为缓冲单元的刚度；c为缓冲单元的阻尼；X为缓冲单元的形变；v₀为落体系统与波形发生装置碰撞时的瞬时速度；假设波形发生装置的刚度k为线性的，则系统的动力学方程表达为：

由初始条件t＝0时，X＝0，求解微分方程可得

其中：为系统固有频率；为初始相位角；

可得冲击加速度脉冲的幅值为：

忽略初始相位得到冲击波形脉冲宽度

通过以上过程，得到爆炸冲击波形的参数，进而确定橡胶的硬度和类型。