[发明专利]一种强冲击大脉宽冲击载荷模拟装置及其控制方法

权利要求书

1.一种强冲击大脉宽冲击载荷模拟装置的控制方法，

所述装置包括：加载箱、泄爆孔(1)、加载孔(2)和活塞传力装置(3)；所述泄爆孔(1)和加载孔(2)分别设置在加载箱邻近的两个端面上，并且靠近设置；所述活塞传力装置(3)安装在加载孔(2)上，所述活塞传力装置(3)的末端与受冲击结构相连接；通过在加载箱中起爆炸药，在加载孔(2)处模拟冲击载荷，并通过活塞传力装置(3)传递给受冲击结构；

其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1，依据目标载荷峰值和脉宽，计算起爆炸药药量、爆源位置和泄爆孔(1)面积；

步骤2，加载箱安放于具有爆炸资质的试验场地；

步骤3，将加载孔(2)活塞传力装置(3)末端与受冲击结构相连接；

步骤4，人员布置炸药；

步骤5，人员撤出加载箱，在加载箱泄爆孔(1)处外接圆环板，使泄爆孔(1)到达设计面积；

步骤6，引爆炸药，完成加载；

通过调整药量、起爆位置、泄爆孔(1)面积，以达到指定冲击载荷峰值和脉宽；

所述加载箱内的爆炸载荷能够简化为两个阶段：第一阶段为冲击波载荷，冲击波超压峰值为P_r，是由入射超压P_s作用在结构壁面上反射形成，作用时间为τ₁；第二阶段为准静压载荷，超压峰值为P_qs；

TNT炸药在加载箱爆炸产生的入射超压P_s的半经验公式为：

其中，入射超压P_s单位为MPa，Z是比例距离：

其中，R是从药包中心至测点距离，单位m，Q是药量，单位kg；

第一阶段冲击波载荷作用时间τ₁的半经验公式为：

加载箱内的冲击波在接触板架结构会形成反射，反射冲击波超压峰值P_r计算公式为：

第二阶段为准静压载荷，准静压超压峰值为P_qs的计算公式为：

式中Q是药量，V为加载箱舱室容积；

针对准静压载荷，准静压随时间衰减采用指数形式更准确，计算公式为：

P(t)＝P_me^-ct (6)

其中，P_m为指数曲线峰值，即指数模型最大压强，c为中间参数，c的取值为：

其中，A₀为泄压面积，C₀为空气介质声速；

准静压最大压强发生在τ₁时刻，其压强为P_qs+P₀，即准静压超压峰值P_qs与大气压P₀的和：

而准静压的衰减停止时间τ₂对应着压强降低到大气压P₀：

结合式(7)、(8)和(9)可以给出准静压衰减停止时间τ₂为：

则载荷脉宽取τ为：

τ＝τ₂+τ₁ (11)

所述加载箱的设计步骤为：

(1)根据指定压力峰值，通过公式(4)给的药量Q与R，根据试验场地大小与爆炸允许药量范围，初步选取合适的Q与R；

(2)根据载荷峰值，预估准静压超压峰值P_qs，通过公式(5)计算加载箱的体积V；

(3)根据目标载荷脉宽τ，通过公式(11)计算，设计符合载荷脉宽的泄爆面积A₀；

(4)计算目标载荷冲量，根据公式(4)、(5)和(11)设计Q、R、A₀，使得设计载荷冲量与目标载荷冲量差异满足要求。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：

所述活塞传力装置(3)设有限位器，由橡胶密封。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：所述加载箱由板架结构构成，所述板架结构使加载箱在目标载荷范围内不产生塑性应变,板架结构等效板厚设计公式为：

V₀＜V_cr (12)

其中，V₀是板架结构在受到冲击后瞬间获得的平均速度，V_cr是临界速度；

板架临界速度V_cr为：

式中：σ_y为板架结构材料屈服应力，ρ是钢板密度；

板架结构在受到冲击后瞬间获得的平均速度V₀的计算公式为：

式中：I_s为板架受到的冲击波载荷比冲量，单位为N·s/m2；ρ为钢板密度，单位为kg/m3；h_m为板架质量等效厚度，单位为m；h_m的计算公式为：

h_m＝h₀+h′ (15)

式中：h₀为板厚，h′为加筋等效厚度，单位为m；A_Z为纵向加筋截面积，A_H为横向加筋截面积，单位为m2；b_Z为纵向加筋间距，b_H为横向加筋间距，单位为m；

板架受到的冲击波载荷总冲量I为：

式中：ΔP_r(x,y)为板架上任意点(x，y)处受到的反射冲击波载荷峰值，单位为Pa；τ(x,y)为板架上任意点(x，y)处受到的冲击波正压作用时间，单位为s；a为板架长边长度的一半，b为板架短边长度的一半。