CN104237033B - 炸药装药试件壁面压力监测试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炸药装药试件壁面压力监测试验装置，包括试件、套筒、上击柱、中击柱、下击柱和底座。本发明分别在中击柱、下击柱和套筒的不同位置加工台阶螺纹通孔，用于安装传感器，从而实现对炸药装药在冲击压缩过程中轴向和侧面的力学响应同时进行监测，传感器的测压端面与炸药装药直接接触，可以真实反映炸药装药不同壁面处的力学响应特性。

Description

炸药装药试件壁面压力监测试验装置

技术领域

本发明属于火炸药实验室试验装置技术领域，涉及一种火炸药壁面压力监测试验装置特别涉及一种用于监测炸药装药试件在冲击压缩过程中不同壁面处应力的试验装置。

背景技术

弹体内部装填有高能炸药，在服役过程中(发射、侵彻等)，炸药受到惯性冲击压缩作用，炸药的响应首先表现为动力学响应,进而影响其起爆性质和爆轰性能，因此，炸药装药在冲击压缩过程中的力学响应监测，已成为武器研制部门关心的重点问题之一。

目前，国内已建立大型落锤加载装置、低速气炮模拟实验装置、小型后坐冲击模拟实验装置等，能够实现不同强度的加载，用于研究炸药装药在冲击压缩过程中的应力响应。然而，在这些实验中，对于炸药装药仅采用间接测量轴向平均应力的方法，用于表征炸药装药在冲击压缩过程中的力学响应，且未对炸药装药试件侧面应力进行监测。例如，《炸药装药在落锤撞击下的应力测试方法研究》2013年力学计量测试技术学术交流会论文集公开了一种炸药装药在撞击作用下的应力响应测试方法，该方法中应力传感器分别安装于试验装置上部及底部，但均未与炸药端面直接接触，所测应力经过多个界面的传递，已不能真实反映炸药装药壁面的力学响应特性。尤其是分步压装等新型装药方式的出现，由于装药工艺本身决定了炸药装药不同部位存在较大的密度差，故轴向平均应力更不能代表炸药的真实力学响应特性。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种监测炸药装药在冲击压缩过程中壁面压力的试验装置，可以对炸药装药上部、底部、侧面应力同时进行监测，而且传感器的测压端面与炸药装药直接接触，可以真实反映炸药装药不同壁面处的力学响应特性。

本发明提供的炸药装药试件壁面压力监测试验装置，包括试件、套筒和底座，上击柱、中击柱和下击柱；套筒为圆筒体，其内部依次安装有上击柱、中击柱、试件和下击柱，试件、上击柱、中击柱和下击柱的外径均与套筒内径相等，套筒侧壁带有两个轴向对称的台阶螺纹通孔，台阶螺纹通孔正对试件侧壁面；试件上端有中击柱，其为圆柱体结构，在其轴向中心和边沿处各带有一个台阶螺纹通孔；中击柱上端有上击柱，其为上端带有U型凹槽的圆柱体结构，在其中心和边沿处带有中心通孔和边沿通孔，中心通孔和边沿通孔分别与中击柱中心及边沿处的台阶螺纹通孔共轴线；试件下端安装有下击柱，为一端带有U型凹槽的圆柱体，在其中心和边沿处各带有一个台阶螺纹通孔；套筒下端安装有底座，其为一中心孔为台阶孔的圆筒体，内径小的一端的内壁与下击柱的外壁接触，内径大的一端侧壁加工有圆形通孔，底座的高度与下击柱露出套筒的高度相等；所述台阶螺纹通孔均用于安装压力传感器。

本发明的技术效果体现在以下几个方面：

1)本发明可以对炸药装药在冲击压缩过程中轴向和侧面的力学响应同时进行监测，可以更全面的反应炸药的力学响应特性。

2)本发明可以对炸药装药在冲击压缩过程中上下端面边沿处的力学响应进行监测，可以反应炸药沿径向的力学响应特性分布情况。

3)本发明在监测炸药装药壁面压力时，与炸药端面直接接触，可以真实反映炸药装药壁面的力学响应特性。

附图说明

图1是本发明的炸药装药试件壁面压力监测试验装置结构示意图。

图2是本发明中上击柱的结构示意图。

图3是本发明中中击柱的结构示意图。

图4是本发明中套筒的结构示意图。

图5是本发明中下击柱的结构示意图。

图6是本发明中底座的结构示意图。

图中的标号分别表示：1、上击柱，2、中击柱，3、试件，4、套筒，5、下击柱，6、底座，1-1、中心通孔，1-2、边沿通孔，1-3、第一U型凹槽，2-1、中心台阶螺纹通孔，2-2、边沿台阶螺纹通孔，4-1、第一台阶螺纹通孔，4-2、第二台阶螺纹通孔，5-1、第三台阶螺纹通孔，5-2、第四台阶螺纹通孔，5-3、第二U型凹槽，6-1、圆形通孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，需要说明的是本发明不局限于以下具体实施例，凡在本发明技术方案基础上进行的同等变换均在本发明的保护范围内。

如图1-图6所示，本实施例给出一种炸药装药试件壁面压力监测试验装置，包括试件3、套筒4和底座6，其特征在于，该结构还包括上击柱1、中击柱2和下击柱5；套筒4为钢制圆筒体，其内部依次安装有上击柱1、中击柱2、试件3和下击柱5，试件3、上击柱1、中击柱2和下击柱5的外径均与套筒4的内径相等，套筒4侧壁带有第一台阶螺纹通孔4-1和第二台阶螺纹通孔4-2，第一台阶螺纹通孔4-1和第二台阶螺纹通孔4-2轴向对称分布，且均正对试件3侧壁面；压力传感器分别安装于第一台阶螺纹通孔4-1和第二台阶螺纹通孔4-2中，压力传感器测压端面与套筒4内表面平齐；试件3上端有中击柱2，其为圆柱体结构，在其轴向中心和距中心2/3半径处分别加工有中心台阶螺纹通孔2-1和边沿台阶螺纹通孔2-2；中击柱2上端有上击柱1，上击柱1为上端带有第一U型凹槽1-3的圆柱体结构，在其轴向中心和距中心2/3半径处分别加工有直径为4mm的中心通孔1-1和边沿通孔1-2，中心通孔1-1和边沿通孔1-2分别与中击柱2的中心台阶螺纹通孔2-1和边沿台阶螺纹通孔2-2共轴线，第一U型凹槽1-3的环形部分轴线及半径与中心通孔1-1相同；试件3下端安装有下击柱5，下击柱5为一端带有第二U型凹槽5-3的圆柱体，在其轴向中心和距中心2/3半径处分别加工有第三台阶螺纹通孔5-1和第四台阶螺纹通孔5-2；套筒4下端安装有底座6，底座6为一中心孔为台阶孔的圆筒体，内径大的一端侧壁加工有圆形通孔6-1，其另一端的内径比下击柱5的外径大0.5mm；所述中心台阶螺纹通孔2-1、边沿台阶螺纹通孔2-2、第一台阶螺纹通孔4-1、第二台阶螺纹通孔4-2、第三台阶螺纹通孔5-1、第四台阶螺纹通孔5-2的大内径处尺寸均为Φ16mm，螺纹尺寸为M12，均用于安装压力传感器。上击柱1、中击柱2和试件3和下击柱5的高度之和比套筒4的高度高约60mm。

本实施例中，所述套筒4为钢制圆筒，其内部依次安装有上击柱1、中击柱2、试件3和下击柱5，试件3、上击柱1、中击柱2和下击柱5的外径均与套筒4的内径相等；套筒4侧壁带有第一台阶螺纹通孔4-1和第二台阶螺纹通孔4-2，第一台阶螺纹通孔4-1和第二台阶螺纹通孔4-2轴向对称分布，且均正对试件3侧壁面。

所述上击柱1为高强度钢制圆柱体结构，一端带有第一U型凹槽1-3，轴向中心和距中心2/3半径处分别加工有直径为4mm的中心通孔1-1和边沿通孔1-2，中心通孔1-1及边沿通孔1-2分别与中击柱2的中心台阶螺纹通孔2-1和边沿台阶螺纹通孔2-2共轴线，第一U型凹槽1-3的环形部分轴线及半径与中心通孔1-1相同；上击柱1与套筒4之间H7/g6间隙配合，安装于中心台阶螺纹通孔2-1和边沿台阶螺纹通孔2-2中的传感器的引线从分别从上击柱1的中心通孔1-1与边沿通孔1-2中穿出，并从第一U型凹槽1-3中引出与测试仪器连接，使得上击柱1上表面受到冲击时，传感器的引线不发生损坏。

所述中击柱2为高强度钢制圆柱体结构，在其轴向中心和距中心2/3半径处分别加工有中心台阶螺纹通孔2-1和边沿台阶螺纹通孔2-2，中击柱的高度比传感器高度约高2mm；中击柱2与套筒4之间H7/g6间隙配合，压力传感器安装于中心台阶螺纹通孔2-1和边沿台阶螺纹通孔2-2中，压力传感器测压端面与中击柱2端面平齐。

所述下击柱5为一端带有第二U型凹槽5-3的圆柱体，在其轴向中心和距中心2/3半径处分别加工有第三台阶螺纹通孔5-1和第四台阶螺纹通孔5-2；下击柱5与套筒4之间H7/g6间隙配合，压力传感器安装于第三台阶螺纹通孔5-1和第四台阶螺纹通孔5-2中，压力传感器测压端面与下击柱5端面平齐，传感器的引线从第二U型凹槽5-3中穿出，使得下击柱5受到冲击时，传感器的引线不发生损坏。

所述底座6为一中心孔为台阶孔的圆筒体，内径大的一端侧壁加工有直径为4mm的圆形通孔6-1，另一端的内径比下击柱5的外径大0.5mm，底座6的高度与下击柱5露出套筒的高度相等。

所述传感器根据使用时实际的压力来选择型号及量程。本实施例选用SYC系列膜片式石英压力传感器，轴向壁面应力监测用传感器量程选用0-1000MPa，侧壁面应力监测用传感器量程选用0-800MPa。

本发明的使用方法及工作原理如下：将套筒4放置于底座6上，并将下击柱5、试件3、中击柱2依次安装于套筒4内，并确保套筒4侧壁上的第一台阶螺纹通孔4-1、第二台阶螺纹通孔4-2正对试件3的侧壁面；其次，用502胶水将中击柱2、下击柱5与套筒4的内壁粘结在一起，以确保中击柱2、下击柱5和试件3之间紧密接触；然后，利用扭矩扳手将传感器可靠安装于中心台阶螺纹通孔2-1、边沿台阶螺纹通孔2-2、第一台阶螺纹通孔4-1、第二台阶螺纹通孔4-2、第三台阶螺纹通孔5-1和第四台阶螺纹通孔5-2中，可在传感器测试端面涂抹一薄层的硅脂，以确保传感器测试端面与试件3紧密接触；最后，在中击柱2的上端安装上击柱1，传感器的引线可分别通过中心通孔1-1、边沿通孔1-2、第一U型凹槽1-3和第二U型凹槽5-3中引出，确保传感器的导线不被挤压。试验中，将装配完成的炸药装药试件壁面压力监测试验装置放置于固定平台上，通过冲击模拟装置对上击柱1进行加载后，通过上击柱1和中击柱2对试件3进行加载，与此同时，安装于各壁面的传感器能够监测试件3各壁面及壁面不同位置处的压力信号。

本发明的炸药装药试件壁面压力监测试验装置可以对炸药装药在冲击压缩过程中各壁面及壁面不同位置处的力学响应同时进行监测，传感器测试端面与炸药端面直接接触，可以真实反映炸药装药壁面的力学响应特性。试验结果表明，在试样及样弹结构不变的前提下，利用400kg重锤分别从0.5m和1m处自由下落，撞击模拟样弹，传统间接测量的轴向平均应力明显低于炸药端面所受应力，本发明的炸药装药试件壁面压力监测试验装置可以更全面、更真实的反应炸药装药在冲击压缩过程中的力学响应特性。

Claims (5)

1.一种炸药装药试件壁面压力监测试验装置，包括试件(3)、套筒(4)和底座(6)，其特征在于，还包括上击柱(1)、中击柱(2)和下击柱(5)；所述套筒(4)为圆筒体，其内部依次安装有上击柱(1)、中击柱(2)、试件(3)和下击柱(5)，试件(3)、上击柱(1)、中击柱(2)和下击柱(5)的外径均与套筒(4)的内径相同，套筒(4)侧壁带有轴向对称的第一台阶螺纹通孔(4-1)和第二台阶螺纹通孔(4-2)，第一台阶螺纹通孔(4-1)和第二台阶螺纹通孔(4-2)均正对试件(3)的侧壁面；试件(3)上端有中击柱(2)，其为圆柱体结构，在其轴向中心和边沿处分别加工有中心台阶螺纹通孔(2-1)和边沿台阶螺纹通孔(2-2)；中击柱(2)上端有上击柱(1)，其为上端带有第一U型凹槽(1-3)的圆柱体结构，在其中心和边沿处分别加工有中心通孔(1-1)和边沿通孔(1-2)，中心通孔(1-1)和边沿通孔(1-2)分别与中心台阶螺纹通孔(2-1)和边沿台阶螺纹通孔(2-2)共轴线；试件(3)下端安装有下击柱(5)，其为一端带有第二U型凹槽(5-3)的圆柱体，在其中心和边沿处分别加工有第三台阶螺纹通孔(5-1)和第四台阶螺纹通孔(5-2)；套筒(4)下端安装有底座(6)，其为一中心孔为台阶孔的圆筒体，内径小的一端的内壁与下击柱(5)的外壁接触，内径大的一端的侧壁加工有圆形通孔(6-1)，底座(6)的高度与下击柱(5)露出套筒(4)的高度相等；中心台阶螺纹通孔(2-1)、边沿台阶螺纹通孔(2-2)、第一台阶螺纹通孔(4-1)、第二台阶螺纹通孔(4-2)、第三台阶螺纹通孔(5-1)和第四台阶螺纹通孔(5-2)均用于安装压力传感器。

2.如权利要求1所述炸药装药试件壁面压力监测试验装置，其特征在于，所述上击柱(1)为高强度钢制圆柱体结构，其一端带有第一U型凹槽(1-3)，轴向中心和距中心2/3半径处分别加工有直径为4mm的中心通孔(1-1)和边沿通孔(1-2)，中心通孔(1-1)和边沿通孔(1-2)分别与中击柱(2)的中心台阶螺纹通孔(2-1)和边沿台阶螺纹通孔(2-2)共轴线，第一U型凹槽(1-3)的环形部分轴线及半径与中心通孔(1-1)相同；上击柱(1)与套筒(4)之间H7/g6间隙配合，安装于中心台阶螺纹通孔(2-1)和边沿台阶螺纹通孔(2-2)中的传感器的引线分别从上击柱(1)的中心通孔(1-1)和边沿通孔(1-2)中穿出，并从第一U型凹槽(1-3)中引出与测试仪器连接，使得上击柱(1)上表面受到冲击时，传感器的引线不发生损坏。

3.如权利要求1所述炸药装药试件壁面压力监测试验装置，其特征在于，所述中击柱(2)为高强度钢制圆柱体结构，在其轴向中心和距中心2/3半径处分别加工有中心台阶螺纹通孔(2-1)和边沿台阶螺纹通孔(2-2)，中击柱(2)的高度比传感器高度约高2mm；中击柱(2)与套筒(4)之间H7/g6间隙配合，压力传感器安装于中心台阶螺纹通孔(2-1)和边沿台阶螺纹通孔(2-2)中，压力传感器测压端面与中击柱(2)端面平齐。

4.如权利要求1所述炸药装药试件壁面压力监测试验装置，其特征在于，所述下击柱(5)为一端带有第二U型凹槽(5-3)的圆柱体，在其轴向中心和距中心2/3半径处分别加工有第三台阶螺纹通孔(5-1)和第四台阶螺纹通孔(5-2)；下击柱(5)与套筒(4)之间H7/g6间隙配合，压力传感器安装于第三台阶螺纹通孔(5-1)和第四台阶螺纹通孔(5-2)中，压力传感器测压端面与下击柱(5)端面平齐，传感器的引线从第二U型凹槽(5-3)中穿出，使得下击柱(5)受到冲击时，传感器的引线不发生损坏。

5.如权利要求1所述炸药装药试件壁面压力监测试验装置，其特征在于，所述底座(6)为一中心孔为台阶孔的圆筒体，内径大的一端侧壁加工有直径为4mm的圆形通孔(6-1)，另一端的内径比下击柱(5)的外径大0.5mm，底座(6)的高度与下击柱(5)露出套筒(4)的高度相等。