CN102519352A - 一种内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量方法及装置，由设置在金属圆筒轴线上的爆炸物、使爆炸物起爆并输出起爆时刻信号的起爆装置、多只布置在金属圆筒外部的电探针、使电探针的测点与金属筒壁接触时产生脉冲响应的多通道爆速仪，以及用于记录所述多通道爆速仪输出脉冲和所述起爆时刻信号的信号记录设备，电探针的测点与金属圆筒筒壁之间的间隙值成不等值数列，电探针与金属圆筒壁面接触即对应该测点位置处金属圆筒的径向变形量。本发明的测量方法和装置具有简单直接、测量结果可靠、容易操作等优点，在实验中可通过电探针测点安装位置的变化，实现不同量程变形量的测量，尤其适用于大变形参数的测量。

Description

一种内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量方法及装置
技术领域
本发明爆炸力学技术领域，涉及金属圆筒在爆炸作用下变形的测量方法，尤其是一种利用电探针测量内部爆炸作用下金属圆筒的变形的方法及装置。
背景技术
爆炸容器受爆炸冲击后的径向变形测量对于爆炸力学参数的分析和研究具有重要的意义。目前测量内部爆炸作用下金属圆筒变形主要手段有以下几种：一是在金属圆筒外壁粘贴应变计对容器的动态变形进行测量；二是实验后通过测量工具对金属圆筒的变形进行手工测量；三是利用高速相机对爆炸载荷下金属圆筒的变形进行连续拍照，对实验照片进行数据处理，从而得到金属圆筒的变形情况。
第一种方法中，应变片通常只能测量范围较小的变形，且在测量中径向变形参数需要进一步推导和换算；第二种方法采用实验后手工测量容器变形量，由于工具和人为因素会对测量结果也会造成一定的误差，同时无法反映金属圆筒变形与时间的关系；第三种金属圆筒变形高速拍照实验需要性能极好、造价不菲的拍摄设备，一般实验室不具备实验条件，且拍摄设备的防护也是一个难题。
发明内容
本发明在于克服现有技术的不足，提出一种测量内部爆炸作用下金属圆筒变形的新方法和装置。该方法可以获得在爆炸不同时刻金属圆筒径向位移量随时间的变化关系，从而获得金属圆筒在不同时刻的变形量，并具有测量方法直接、测量精度高、量程范围大等优点。
本发明的技术方案是：
一种内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1】在金属圆筒的外部设置多只电探针，所述电探针的测点与金属圆筒筒壁之间的间隙值为不等值数列；
2】测量并记录爆炸前不同电探针对应的间隙值；
3】记录起爆时刻以及爆炸过程中不同电探针的测点与金属筒壁接触时输出脉冲响应的时刻；
4】根据间隙值、起爆时刻和脉冲响应时刻计算得到金属圆筒沿径向的变形过程。
上述电探针的测点与金属圆筒筒壁之间的间隙值数列为等差分布。
上述电探针沿周向均布在金属圆筒的一周。
上述电探针的测点与金属圆筒筒壁之间的间隙值通过塞尺来进行测量。
上述一种内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量装置，其特殊之处在于：包括设置在金属圆筒轴线上的爆炸物、使爆炸物起爆并输出起爆时刻信号的起爆装置、多只布置在金属圆筒外部的电探针、使电探针的测点与金属筒壁接触时产生脉冲响应的多通道爆速仪、以及用于记录所述多通道爆速仪输出脉冲和所述起爆时刻信号的信号记录设备；所述电探针的测点与金属圆筒筒壁之间的间隙值成不等值数列。
上述电探针固定在金属圆筒外部设置的定位环上。
上述起爆装置由起爆器、互感器和输出起爆信号的同步机组成；所述的起爆器起爆后，通过与起爆器连接的互感器产生感生电信号给同步机。
上述电探针的测点与金属圆筒筒壁之间的间隙值分布为等差分布。
上述电探针沿周向均布在金属圆筒的一周。
上述信号记录设备为示波器或多通道数据采集系统；所述的爆炸物为球形炸药或柱形炸药。
本发明具有的有益效果有：
1、本发明利用设置在金属圆筒外部的多个电探针测量金属圆筒在爆炸中的径向变形量，具有测量方法直接、测量结果可靠、容易操作等优点；在实验中可通过电探针测点安装位置的变化，实现不同量程变形量的测量，尤其适用于大变形参数的测量。
2、本发明利用电探针测量系统具有的响应速率快特点，结合对起爆时刻的记录，实现了不同时刻变形量的准确测量；
3、本发明采用塞尺测量电探针的测点与金属圆筒筒壁之间的间隙值，提高了间隙测量精度，进一步提高了圆筒变形量的测量精度；
4、本发明中的起爆装置给信号记录设备输出起爆信号，并以此作为时刻基准，确保了变形量随时间变化测量的准确性。
附图说明
图1是本发明电探针在金属圆筒外壁安装位置示意图；
图2是本发明金属圆筒变形测量装置示意图；
图3是本发明实测得到的电探针响应脉冲波形；
图4是本发明计算得到的金属圆筒径向位移与时间的关系图；
其中：1-炸药；2-电探针；3-金属圆筒；4-定位环；5-多通道爆速仪；6-信号记录设备；7-互感器；8-同步机；9-起爆器。
具体实施方式
电探针2是一种在爆炸力学中常用的测量设备，其测量金属圆筒3变形的工作原理是：将同轴电缆的芯线与电探针2连接，电探针2与金属圆筒3壁面不接触，同轴电缆的皮线与金属圆筒3壁面接触；通过直流电源给爆速仪内的电容充电，电容充满电后，当电探针2与金属圆筒3壁面接触时，爆速仪内的电容迅速放电，从而形成快脉冲信号输出。
如图1和图2所示，沿金属圆筒3外壁均布有若干只电探针2，每只电探针2与多通道爆速仪5相联，当电探针2的测点与金属筒壁接触时，多通道爆速仪5输出脉冲响应信号至信号记录设备6；爆炸物通常选用球形炸药或柱形炸药1，设置在金属圆筒3轴线位置上；爆炸物与起爆装置连接，并由起爆装置输出起爆信号给信号记录设备6；信号记录设备6可以是示波器或多通道数据采集系统；起爆装置由起爆器9、互感器7和输出起爆信号的同步机8组成，起爆器9起爆后，与起爆器9连接的互感器7产生感生电信号给同步机8，由同步机8触发信号记录设备6；同时球形炸药1起爆，金属圆筒3在爆炸冲击波作用下开始膨胀变形，电探针2与金属圆筒3接触产生的脉冲响应信号通过爆速仪输出并存储至示波器等信号记录设备6上。
电探针2测点与金属圆筒3筒壁之间保持一定的间隙，且保证至少有一处间隙值大于金属圆筒3的径向变形量，电探针2的测点与金属筒壁接触，测量得到脉冲响应信号；为了确保间隙预留的准确性，可采用塞尺来测量并确保间隙值；不同电探针2之间的间隙不同，通常情况下为了后续数据处理的方便，将间隙值序列设置为等差数列；由于本测量方法针对的测量对象为金属圆筒3，且爆炸物放置在金属圆筒3轴线位置上，故从理论上讲，在圆筒外部沿径向方向任何一个半径相等的位置测量得到的变形值可以代表整个圆筒在该半径处的变形量。作为一种优选方式，电探针2沿周向均布在金属圆筒3上，使得布置时更方便。为了安装和固定方便，在金属圆筒3外部设置有定位环4，将金属圆筒3和定位环4在实验平台上固定，并将电探针2固定在定位环4上。
测量装置安装完成后，记录爆炸前不同电探针2对应的间隙值，并在爆炸时通过信号记录设备6记录起爆时刻以及爆炸过程中不同电探针2的测点与金属筒壁接触时输出脉冲响应的时刻，并根据间隙值、起爆时刻和脉冲响应时刻计算得到金属圆筒3在各个离散时刻的变形量，最后通过曲线拟合的方式得到金属圆筒3沿径向的变形过程。
下面给出具体实施例：
金属圆筒3的材料为20#钢，长度为600mm，外径为124mm，壁厚为12mm；金属圆筒3内部轴线上放置120gTNT当量的炸药1；实验共设置8路电探针2：爆心处设置1路电探针2，记为1路信号(见图3-A脉冲信号1)；在爆心环面的定位环4上-18°、18°、54°、90°、126°、162°和198°七个位置处安放电探针2，电探针2距离金属圆筒3壁面的距离分别为0.2mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.2mm和2.4mm，分别记为2、3、4、5、6、7和8路信号(2、3、4、5、6和7路信号见图3-A和图3-B的脉冲信号2、3、4、5、6和7，8路信号没有是因为此处的探针没有与金属圆筒的壁面接触)。示波器采样率设置为500MS/s，记录长度为10M。实验得到了爆心处、-18°、18°、54°、90°、126°和162°处电探针2脉冲波形。
图3-A和图3-B为120gTNT当量实验20#钢筒电探针2测量波形；表1为电探针2测量的实验结果；图4为20#钢筒120gTNT当量时外壁位移与时间的关系。
表1电探针2测量实验结果
Figure BDA0000120706420000051
实验结果说明，利用电探针2测量内部爆炸作用下金属圆筒3变形，可以准确获得不同时刻金属圆筒3径向位移量随时间的关系，从而获得金属圆筒3在不同时刻的变形量。实验后采用静态测量的方法，测量得到爆心环面金属圆筒3的外径为128.5mm，金属圆筒3的变形为3.63％，而电探针2测量金属圆筒3的变形为3.55％，与实验后金属圆筒变形测量结果吻合得较好，进一步验证了电探针2测量金属圆筒3变形方法可行性。

Claims (10)

1.一种内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】在金属圆筒的外部设置多只电探针，所述电探针的测点与金属圆筒筒壁之间的间隙值为不等值数列；
2】测量并记录爆炸前不同电探针对应的间隙值；
3】记录起爆时刻以及爆炸过程中不同电探针的测点与金属筒壁接触时输出脉冲响应的时刻；
4】根据间隙值、起爆时刻和脉冲响应时刻计算得到金属圆筒沿径向的变形过程。
2.根据权利要求1所述的内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量方法，其特征在于：所述的电探针的测点与金属圆筒筒壁之间的间隙值数列为等差分布。
3.根据权利要求1或2所述的内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量方法，其特征在于：所述的电探针沿周向均布在金属圆筒的一周。
4.根据权利要求3所述的内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量方法，其特征在于：所述的电探针的测点与金属圆筒筒壁之间的间隙值通过塞尺来进行测量。
5.一种内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量装置，其特征在于：包括设置在金属圆筒轴线上的爆炸物、使爆炸物起爆并输出起爆时刻信号的起爆装置、多只布置在金属圆筒外部的电探针、使电探针的测点与金属筒壁接触时产生脉冲响应的多通道爆速仪、以及用于记录所述多通道爆速仪输出脉冲和所述起爆时刻信号的信号记录设备；所述电探针的测点与金属圆筒筒壁之间的间隙值成不等值数列。
6.根据权利要求5所述的内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量装置，其特征在于：所述的电探针固定在金属圆筒外部设置的定位环上。
7.根据权利要求5所述的内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量装置，其特征在于：所述的起爆装置由起爆器、互感器和输出起爆信号的同步机组成；所述的起爆器起爆后，通过与起爆器连接的互感器产生感生电信号给同步机。
8.根据权利要求5所述的内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量装置，其特征在于：所述的电探针的测点与金属圆筒筒壁之间的间隙值分布为等差分布。
9.根据权利要求5所述的内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量装置，其特征在于：所述的电探针沿周向均布在金属圆筒的一周。
10.根据权利要求5所述的内部爆炸作用下金属圆筒变形的测量装置，其特征在于：所述的信号记录设备为示波器或多通道数据采集系统；所述的爆炸物为球形炸药或柱形炸药。
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