CN104236758A - 火炸药固化成型过程内应力及其分布的测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种火炸药固化成型过程内应力及其分布的测量装置，主要由装药筒、应力测量架和密封圈等部件组成。该测量装置利用应变片测量原理进行内应力及其分布的测量，设计了一个带有空心立方体的应力测量架，将应变片粘贴在空心立方体的一个外表面上，通过应力测量架将空心立方体固定在装药筒内的不同位置处，火炸药在固化过程中产生的应力会使应变片及与其粘贴在一起的空心立方体表面发生同步形变，通过数据采集仪记录应变片在火炸药固化过程中产生的应变-时间曲线，利用胡克定律，即可得到火炸药固化过程中不同时刻的应力值及其应力分布。

Description

火炸药固化成型过程内应力及其分布的测量装置
技术领域
本发明涉及一种火炸药内部应力及其分布的测量装置，适用于火炸药领域。
背景技术
熔铸或浇注火炸药在装药固化成型的过程中，由于相态的变化或固化温度的变化，会使成型装药内部产生应力，这种应力不仅会使成型火炸药柱的力学性能和结构完整性发生变化，导致药柱内部产生裂纹，而且也会使装药的弹体产生变形，最终影响火炸药装药的发射安全性。因此，准确测量火炸药固化成型过程中的应力及应力分布，研究影响火炸药固化成型过程中内部应力产生的各种因素及影响程度，是控制或消除内部应力，提高火炸药装药结构完整性、改善其力学性能、提高装药发射安全性的基础和前提。由于测试技术的限制，目前没有可以直接进行火炸药固化过程中内部应力的测量传感器或装置，因此对固化成型过程中火炸药内部应力及分布的测量与有效控制是目前火炸药装药面临的一个亟待解决的“瓶颈”问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种简易廉价的，可以进行火炸药装药固化成型过程中内应力及其分布的测量装置。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：一种火炸药装药固化成型过程中内应力及其分布的测量装置，包括装药筒、应力测量架和密封圈，其中：所述装药筒为圆筒形，上端用平板端盖密封，两者间有圆环形密封圈，在其圆环平面上均布有与平板端盖对应的通孔，装药筒下端用螺纹端盖密封；所述应力测量架为摆锤形，锤体为空心立方体，摆杆为中空长圆管，长圆管上端通过螺母连接在平板端盖上，下端与空心立方体的上表面焊接贯通，将应变片粘贴在空心立方体的一个表面中心。
本发明通过将应变片粘贴在应力测量架上的已知弹性模量的空心立方体的外表面上，将应力测量架放入装药筒内，使液态的火炸药与应变片直接接触，当火炸药液浆固化时，产生的应力作用在应变片上，使应变片与立方体的表面一起发生同步形变，通过数据采集仪记录应变片在火炸药固化过程中产生的应力作用下的应变-时间曲线，利用胡克定律，既可以得到火炸药固化过程中不同时刻的应力值，通过同时在炸药内不同位置处布放应力测量架，即可得到火炸药固化成型过程中的应力分布。
测量时，将装药筒的下端用螺纹端盖密封，将液态火炸药倒入到装药筒内，直至与装药筒的上端面齐平；将应变片粘贴在应力测量架下端的空心立方体的一个表面上，将应变片的信号线通过立方体表面上的通孔后，从中空的长圆管内引出，用高温固化胶将立方体表面上的通孔进行密封；将应力测量架放入到装满液态火炸药的装药筒内的不同位置处；用平板端盖通过螺钉将装药筒密封，并将应力测量架通过螺母固定在平板端盖上；将引出的应变片信号线与数据采集仪连接。液态火炸药在固化过程中产生的应力会使应变片及与其粘贴在一起的立方体表面发生同步形变，通过数据采集仪记录应变片在火炸药固化过程中产生的应变-时间曲线，利用胡克定律，即可以得到火炸药固化过程中不同时刻的应力值及应力分布。
本发明的优点：通过测量应变片的应变曲线即可得到火炸药固化过程中的应力变化；通过在装药筒内不同位置处布放应变片，可以得到火炸药固化过程中应力分布，实现了快速廉价的进行火炸药固化成型过程中的内部应力及其分布的测量。
附图说明
图1是本发明总装配主视图。
图2是装药筒结构图。
图3是应力测量架结构图。
图4是密封圈结构图。
图5是内应力测点布置图。
图6是PBX炸药固化过程中得到的应变—时间曲线。
图7是PBX炸药固化过程中得到的应力—时间曲线。
具体实施方式
在以下的实施例中，零部件未说明的材质均为不锈钢，螺栓、螺母等连接件均采用标准件。以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
参照图1至图5，本实施例给出一种火炸药固化成型过程内应力及其分布测量装置的具体结构以及制造和装配实例。该火炸药固化成型过程内应力及其分布测量装置至少包括有装药筒1、应力测量架2和密封圈3。
参见图2，装药筒1由筒体1-1、平板端盖1-2和螺纹端盖1-3组成。筒体1-1用不锈钢加工而成，两端开口，下端有外螺纹，螺纹高度为12mm～18mm,上端面沿直径为80mm～130mm的圆周均布6个M5～M8的螺纹孔，螺纹孔深度为10mm～15mm，筒体1-1外径为100mm～150mm，内径为60mm～110mm，高度为300mm～500mm；平板端盖1-2用不锈钢加工而成，为圆盘形，直径为100mm～150mm，厚度为30mm～50mm，在平板端盖1-2平面上沿直径为80mm～130mm的圆周均布6个直径为6mm～9mm的通孔，在平板端盖1-2上直径为60mm～110mm的平面内任何位置处，可以根据内部应力测量的需要加工直径为4mm～6mm的通孔，用于固定应力测量架2，采用螺栓连接方式，将平板端盖1-2与1-1的上端面通过密封圈3密封连接。螺纹端盖1-3用不锈钢加工而成，为带内螺纹的圆形凹状端盖，螺纹内径为100mm～150mm，螺纹高度为10mm～15mm，各处壁厚均为15mm～20mm，通过螺纹连接方式将螺纹端盖1-3与筒体1-1的下端面密封连接。
参见图3，应力测量架2由空心立方体2-1和中空长圆管2-2组成。空心立方体2-1用已知弹性模量的铝材加工而成，边长为10mm～15mm，其中五个表面的厚度为2mm～3mm，另一个用于粘贴应变片的表面厚度为0.5mm～1.0mm，在粘贴应变片的表面上，偏离该表面中心2mm～2.5mm处有一直径为0.5mm～1mm的通孔，用于穿过应变片的信号线，在空心立方体的上端表面中心有一直径为4mm～6mm的通孔；中空长圆管2-2用不锈钢管加工而成，两端开口，一端有外螺纹，螺纹长度为60mm～100mm，中空长圆管2-2外径为4mm～6mm，内径为1.5mm～3mm，根据测量内部应力的位置确定中空长圆管2-2的长度，采用焊接方式，将中空长圆管2-2未带螺纹端与空心立方体2-1上端面中心的通孔连接在一起，采用螺母连接方式，将中空长圆管2-2螺纹端穿过平板端盖1-2上的通孔进行固定连接。
参见图4，密封圈3用紫铜板加工而成，为圆环形状，外径为100mm～150mm，内径为60mm～110mm，高度为2mm～5mm，在其圆环面上沿直径为80mm～130mm的圆周均布6个直径为6mm～9mm的通孔。采用螺栓连接方式将其固定在筒体1-1与平板端盖1-2之间，用于密封装药筒1。
本发明装配时，将应变片粘贴在应力测量架2下端的空心立方体2-1的一个表面上；将中空长圆管2-2未带螺纹端与空心立方体2-1上端面中心的通孔焊接在一起；将应变片信号线沿中空长圆管2-2的内部穿过后与应变片连接；将螺纹端盖1-3通过螺纹连接固定在筒体1-1的下端面；将液态的火炸药药桨倒入装药筒1中，直至与装药筒1的上端面齐平；将密封圈3放置在筒体1-1的上端面，使密封圈3上的通孔与筒体1-1上端面的螺纹孔同心；将应力测量架2插入装药筒1内的不同位置处，在应力测量架2的中空长圆管2-2上端拧入螺母；将平板端盖1-2盖在筒体1-1的上表面，使中空长圆管2-2上端螺纹部分穿过平板端盖1-2上的通孔，再用螺母将中空长圆管2-2与平板端盖1-2固定在一起；利用螺栓将平板端盖1-2与筒体1-1密封连接；将应变片的信号线通过应变放大仪与数据采集仪连接，完成装配。
实施例2：
本实施例给出利用实施例1制造的火炸药固化成型过程内应力及其分布测量装置进行某浇注PBX炸药固化成型过程中内应力及其分布的测量。
本实施例中装药筒内径尺寸为80mm，外径尺寸为120mm，高度为400mm，在其内三个位置处进行应力测量。测点1在中心位置；测点2在距装药筒上端100mm、距装药筒中心轴线偏左20mm位置处；测点3在距装药筒下端100mm、距装药筒中心轴线偏右20mm位置处，测点布放位置见图5。
将螺纹端盖1-3通过螺纹连接固定在筒体1-1的下端面；将PBX炸药液浆倒入到装药筒1中，直至与装药筒1的上端面齐平；将密封圈3放置在筒体1-1的上端面，使密封圈3上的通孔与筒体1-1上端面的螺纹孔同心；将粘贴了应变片的三个应力测量架2分别插入到装药筒1内的测点1、测点2和测点3的位置处，分别在三个应力测量架2的中空长圆管2-2上端拧入螺母；将平板端盖1-2盖在筒体1-1的上表面，使3个应力测量架2的中空长圆管2-2上端螺纹部分穿过平板端盖1-2上对应的通孔，再用螺母将3个中空长圆管2-2与平板端盖1-2固定在一起，使得三个应力测量架2定位；将应变片的信号线通过应变放大仪与数据采集仪连接，开启数据采集仪进行测量，得到图6所示的PBX药桨固化过程中的应变-时间曲线，利用胡克定律可以得到图7所示的不同时刻的应力-时间曲线。

Claims (2)

1.一种火炸药固化成型过程内应力及其分布的测量装置，其特征在于，包括装药筒(1)、应力测量架(2)和密封圈(3)，其中：所述装药筒(1)为圆筒形，上端用平板端盖(1-2)密封，两者间有圆环形密封圈(3)，装药筒(1)下端用螺纹端盖(1-3)密封；所述应力测量架(2)为摆锤形，锤体为空心立方体(2-1)，摆杆为中空长圆管(2-2)，长圆管(2-2)上端通过螺母连接在平板端盖(1-2)上，下端与空心立方体(2-1)的表面焊接贯通，将应变片粘贴在空心立方体(2-1)的一个表面中心。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述长圆管(2-2)的长度由装药内部应力测量点的位置确定。
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