CN104266962A - 炸药撞击摩擦安全性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炸药摩擦安全性能测试装置，目的是提出一种在较低加载应变率下具有较高加载应力的炸药撞击摩擦作用下的性能测试装置。本发明由由落锤和杆件系统组成。杆件系统由入射杆、上盖板、4根支杆、底板、2个透射杆系统组成。每个透射杆系统均由透射杆、透射杆套筒、压力传感器、弹簧、套筒底座组成。落锤提高到不同的高度自由下落而实现所需要的加载，试样在入射杆的楔形面和透射杆之间移动，完成撞击摩擦加载。本发明既可以在一个实验中同时完成撞击力和摩擦力的测试，又解决了材料动态力学性能测试中只能实现低加载应变率低加载应力问题。

Description

炸药撞击摩擦安全性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种测试炸药撞击摩擦安全性能的试验装置。

背景技术

通常情况下，为了避免炸药在生产、运输、储存和使用中出现的一些意外起爆，炸药出厂前都会做一定的安全稳定性测试，例如炸药在撞击、摩擦情况下是否具有良好的稳定性等。

目前炸药的撞击感度一般通过落锤实验可以直接测试，摩擦感度通过摆锤实验测试，但目前还没有测试炸药在撞击-摩擦复合作用下安全性能的试验装置。实际应用中炸药一般受到的不是单一的某种刺激，而是几种刺激共同作用，因此，设计一种能测试炸药在撞击-摩擦复合作用下安全性能的试验装置尤为重要。

《实验力学》杂志于2006年10月第5期中“一种新的高应变率复合压剪实验技术”论文中公开了一种基于传统的霍普金森杆改进后的压剪复合加载装置，如图1所示，该装置主要由发射系统和杆件系统组成，整套装置水平放置。发射系统由高压气瓶和发射管道连接，通过释放高压气体推动子弹101达到一定的速度对入射杆201进行加载。杆件系统主要由子弹101、入射杆201、第一透射杆401和第二透射杆402组成，入射杆201的后端面为两个与轴线成45°角的楔形面，第一试样301放在入射杆201的第一楔形面和第一透射杆401之间，第二试样302放在入射杆201的第二楔形面和第二透射杆402之间，利用斜面的几何效应和端面摩擦效应将作用在楔形面上的力分解为垂直于楔形面的正压力σ₁和平行于楔形面的剪切力σ₂，如图2所示。在改进后的霍普金森杆压剪加载装置可以同时实现压缩剪切加载，该试验装置可以测试高应变率复合加载下的材料动态力学性能，高应变率下对应的加载应力较大，但是对于一些要求在低应变率加载下，同时有较高的加载应力条件无法满足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种在较低加载应变率下具有较高加载应力的炸药撞击摩擦作用下的性能测试装置，解决材料动态力学性能测试中只能实现低加载应变率低加载应力问题。

本发明的技术方案是：本发明由落锤和杆件系统组成。

落锤是重质量块，质量大于5㎏，放在杆件系统上端，距离杆件系统顶部有一段距离，是向下做自由下落运动的加载系统，根据试验的需要，可以将不同质量的落锤提高到不同的高度使之自由下落而实现所需要的加载。

杆件系统由入射杆、上盖板、4根支杆、底板、2个透射杆系统组成。4根支杆穿过上盖板四角的通孔，成为一个支架，整个支架固定在底板上。入射杆嵌在上盖板中心通孔中，可以在中心通孔中上下移动。2个透射杆系统结构相同，置于入射杆下端。4根支杆、2个透射杆系统均用螺纹紧固在底板上。每个透射杆系统均由透射杆、透射杆套筒、压力传感器、弹簧、套筒底座组成。第一透射杆插在第一透射杆套筒中，第一压力传感器在第一透射杆加工时嵌在第一透射杆内部，第一透射杆套筒用螺栓连接在第一套筒底座上。第二透射杆插在第二透射杆套筒中，第二压力传感器在第二透射杆加工时嵌在透射杆内部，第二透射杆套筒用螺栓连接在第二套筒底座上，。

入射杆是一个下端为两个楔形面、上端带一个圆形凸台的圆柱，圆形凸台的半径R大于圆柱半径r，两个楔形面(即第一楔形面和第二楔形面)与轴线(即入射杆圆柱的中心线)成β角(30°≤β≤60°)，入射杆的长度h(60mm≤h≤100mm)为其运行的最大位移。

上盖板是中心开有一个第一通孔、四角开有4个第二通孔的方形板，第一通孔的大小满足入射杆除圆形凸台外都能通过，因此上盖板用来固定入射杆和限制入射杆移动的最大位移。第一通孔的的内半径等于入射杆的外半径。

第一透射杆系统与入射杆的第一楔形面垂直放置，第二透射杆系统与入射杆的第二楔形面垂直放置。第一透射杆是一根长圆柱杆，长度比第一透射杆套筒长度大20mm，第一透射杆套筒是一个中空的圆筒，内半径与第一透射杆的外半径相匹配，满足透射杆插入透射杆套筒内。第一透射杆上端与第一炸药试样接触，下端与第一弹簧接触。第一弹簧和第二弹簧结构形状大小相同，是常用的普通弹簧，第一弹簧和第二弹簧的弹性系数为200N/m～250N/m，第一弹簧的半径小于第一透射杆套筒的内半径，第一弹簧放在第一透射杆套筒内，第一弹簧上端与第一透射杆底端接触，下端与第一套筒底座接触；第二弹簧放在第二透射杆套筒内，第二弹簧上端与第二透射杆底端接触，下端与第二套筒底座接触。第一炸药试样放在入射杆的第一楔形面和第一透射杆之间，第二炸药试样放在入射杆的第二楔形面和第二透射杆之间。在入射杆向下移动前，安装第一弹簧时使弹簧处于压缩状态，通过第一弹簧的弹力对第一炸药试样加载预应力；安装第二弹簧时使弹簧处于压缩状态，通过第二弹簧的弹力对第二炸药试样加载预应力。当入射杆向下移动时，第一炸药试样夹在第一楔形面和第一透射杆之间随着入射杆向下移动，第一弹簧对第一炸药试样施加一个垂直于第一楔形面方向的应力，施加垂直于楔形面方向的应力是为了防止第一试样与第一楔形面过早分离从而使加载结束，保证对第一炸药试样的加载时间及炸药在楔形面上滑动摩擦的距离；第二炸药试样夹在入射杆的第二楔形面和第二透射杆之间随着入射杆向下移动，第二弹簧对第二炸药试样施加一个垂直于第二楔形面方向的应力，施加垂直于楔形面方向的应力是为了防止第二试样与第二楔形面过早分离从而使加载结束，保证对第二炸药试样的加载时间及炸药在楔形面上滑动摩擦的距离，完成撞击摩擦加载。第一套筒底座、第二套筒底座由金属材料制备，下端是平底，通过螺栓固定在底板上。

为了保证第一透射杆上端面与第一楔形面垂直、第二透射杆上端面与第二楔形面垂直，第一套筒底座上端面与入射杆的第一楔形面平行，第二套筒底座上端面与入射杆的第二楔形面平行，第一透射杆套筒通过螺栓固定在第一套筒底座上，第二透射杆套筒通过螺栓固定在第二套筒底座上。

第一压力传感器为压应力传感器，测试撞击过程中的正压力的变化，第二压力传感器为剪应力传感器，测试撞击过程中的剪切力的变化。

支杆是两端带有螺纹的双头螺柱，外径与上盖板上的第二通孔内径相等，螺柱的长度大于300mm，小于350mm，用于支撑整个炸药摩擦安全性能测试装置平台。采用本发明进行炸药撞击安全性能测试的过程是：

将杆件系统放在落锤的下方，上盖板水平放置，与底板平行，入射杆放在上盖板的第一通孔内。第一炸药试样一面粘贴在入射杆楔形面上，另一面紧贴在透射杆上端面，第二炸药试样一面粘贴在入射杆楔形面上，另一面紧贴在透射杆上端面，落锤以一定的初速度撞击入射杆实现冲击加载，2个入射杆楔形面均与轴线方向成β角(30°≤β≤60°)，第一透射杆和第二透射杆之间为2α角(30°≤α≤60°)，入射杆竖直向下的加载力在第一楔形面上分解为垂直于第一楔形面的正压力σ₁和平行于第一楔形面的剪切力σ₂，同理，入射杆竖直向下的加载力在第二楔形面上也可以分解为垂直于第二楔形面的正压力σ₁和平行于第二楔形面的剪切力σ₂，分别实现了对炸药试样的撞击和摩擦加载。第一透射杆上嵌有压应力传感器，测量加载过程中楔形面的正压力，第二透射杆上嵌有剪应力传感器，测量加载过程中楔形面的剪应力。第一透射杆的外径与圆筒底座的内径相同，第二透射杆的外径与圆筒底座的内径相同。在入射杆向下移动时，第一炸药试样夹在第一楔形面和第一透射杆上端面之间随着入射杆向下移动，第二炸药试样夹在第二楔形面和第二透射杆上端面之间随着入射杆向下移动，通过测量第一透射杆中的正应力和第二透射杆中的剪应力变化，得到加载中的正应力和剪应力。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明获得了在较低的应变率加载条件下实现较大的应力加载。相比于现有技术仅能实现高应变率高应力加载的不足，采用本发明可以实现低应变率下的高应力加载。

本发明可以很好地测试炸药在不同的冲击力和摩擦力复合作用下的安全性能，可以在一个实验中同时完成撞击力和摩擦力的测试。

本发明由组合式零件组成，加工简单，组合方便，可以批量生产，成本低，测试可重复性和稳定性好。

附图说明

图1背景技术“一种基于传统的霍普金森杆改进后的压剪复合加载装置”公布的分离式霍普金森杆压剪装置示意图。

图2背景技术公布的压剪装置中试样受力分析示意图。

图3本发明炸药摩擦安全性能测试装置中的入射杆201。

图4本发明炸药摩擦安全性能测试装置结构图(此时在起始点)。

图5本发明炸药摩擦安全性能测试装置结构图(此时在终止点)。

图6本发明炸药摩擦安全性能测试装置入射杆和透射杆相对位置图。

图7是图4中压缩透射杆401和第一透射杆套筒601、弹簧6的剖视图。

上述图中数字标记表示为:1.落锤；2.上盖板；3.标识；4.底板；5.支杆；6.第一弹簧；61.第二弹簧；101.子弹；201.入射杆；202.入射杆凸台；203.第一楔形面；204.第二楔形面；301.第一炸药试样；302第二炸药试样；401.第一透射杆；402.第二透射杆；501.第一压力传感器；502.第二压力传感器；601.第一透射杆套筒；602第二透射杆套筒；701.第一套筒底座；702.第二套筒底座；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

图4和图5分别给出了炸药撞击摩擦安全性能测试试验装置实验前的初始位置和终止位置。

图4给出了炸药撞击摩擦安全性能测试试验装置实验前的初始位置。本发明由落锤和杆件系统组成。杆件系统由入射杆201、上盖板2、4根支杆5、底板4、2个透射杆系统组成。4根支杆穿过上盖板2四角的通孔，成为一个支架，整个支架固定在底板4上。入射杆201嵌在上盖板2中心通孔中，可以在中心通孔中上下移动。2个透射杆系统结构相同，置于入射杆201下端。4根支杆、2个透射杆系统均用螺纹紧固在底板4上。

入射杆201如图3所示，入射杆201是一个下端为两个楔形面、上端带一个圆形凸台202的圆柱，圆形凸台202的半径R大于圆柱半径r，两个楔形面(即第一楔形面203和第二楔形面204)与轴线(即入射杆圆柱的中心线)成β角(30°≤β≤60°)，入射杆201的长度h(60mm≤h≤100mm)为其运行的最大位移。

上盖板2是中心开有一个第一通孔、四角开有4个第二通孔的方形板，第一通孔的内半径等于入射杆201的外半径。

第一套筒底座701、第二套筒底座702由金属材料制备，下端是平底，通过螺栓固定在底板4上。第一套筒底座701上端面与入射杆201的第一楔形面203平行，第二套筒底座702上端面与入射杆201的第二楔形面204平行，第一透射杆套筒601通过螺栓固定在第一套筒底座701上，第二透射杆套筒602通过螺栓固定在第二套筒底座702上。

支杆5是两端带有螺纹的双头螺柱，外径与上盖板2上的第二通孔内径相等，螺柱的长度大于300mm，小于350mm，用于支撑整个炸药摩擦安全性能测试装置平台。

如图6和图4所示，第一透射杆系统与入射杆201的第一楔形面203垂直放置，第二透射杆系统与入射杆201的第二楔形面204垂直放置。第一透射杆401是一根长圆柱杆，长度比第一透射杆套筒601长度大20mm，第一透射杆套筒601是一个中空的圆筒，内半径与第一透射杆401的外半径相匹配，满足透射杆插入透射杆套筒内。第一炸药试样301放在入射杆的第一楔形面203和第一透射杆401之间，第二炸药试样302放在入射杆的第二楔形面204和第二透射杆402之间。

每个透射杆系统均由透射杆、透射杆套筒、压力传感器、弹簧、套筒底座组成。第一透射杆401插在第一透射杆套筒601中，第一压力传感器501在第一透射杆401加工时嵌在第一透射杆401内部，第一透射杆套筒601用螺栓连接在第一套筒底座701上。第二透射杆402插在第二透射杆套筒602中，第二压力传感器502在第二透射杆402加工时嵌在透射杆402内部，第二透射杆套筒602用螺栓连接在第二套筒底座702上。

如图7所示，第一透射杆401上端与第一炸药试样301接触，下端与第一弹簧6接触。第一弹簧6和第二弹簧61结构形状大小相同，是常用的普通弹簧，第一弹簧6的半径小于第一透射杆套筒601的内半径，第一弹簧6放在第一透射杆套筒601内，第一弹簧6上端与第一透射杆401底端接触，下端与第一套筒底座701接触；第二弹簧61放在第二透射杆套筒602内，第二弹簧61上端与第二透射杆402底端接触，下端与第二套筒底座702接触。在入射杆201向下移动前，安装第一弹簧6时使弹簧处于压缩状态，通过第一弹簧6的弹力对第一炸药试样301加载预应力；安装第二弹簧61时使弹簧处于压缩状态，通过第二弹簧61的弹力对第二炸药试样302加载预应力。

图5给出了炸药撞击摩擦安全性能测试试验装置的终止位置。当入射杆201向下移动时，第一炸药试样301夹在第一楔形面203和第一透射杆401之间随着入射杆201向下移动，第一弹簧6对第一炸药试样301施加一个垂直于第一楔形面203方向的应力；第二炸药试样302夹在入射杆201的第二楔形面203和第二透射杆204之间随着入射杆201向下移动，第二弹簧61对第二炸药试样302施加一个垂直于第二楔形面204方向的应力。第一透射杆401和第二透射杆402之间为2α角(30°≤α≤60°)，入射杆201竖直向下的加载力在第一楔形面203上分解为垂直于第一楔形面203的正压力σ₁和平行于第一楔形面203的剪切力σ₂(如图3所示)，同理，入射杆201竖直向下的加载力在第二楔形面204上也可以分解为垂直于第二楔形面204的正压力σ₁和平行于第二楔形面204的剪切力σ₂，分别实现了对炸药试样的撞击和摩擦加载。

Claims (8)

1.一种炸药撞击摩擦安全性能测试装置，其特征在于炸药撞击摩擦安全性能测试装置由落锤(1)和杆件系统组成；落锤(1)是重质量块，放在杆件系统上端，距离杆件系统顶部有一段距离，是向下做自由下落运动的加载系统； 

杆件系统由入射杆(201)、上盖板(2)、4根支杆(5)、底板(4)、2个透射杆系统组成；4根支杆(5)穿过上盖板(2)四角的通孔，成为一个支架，整个支架固定在底板(4)上；入射杆(201)嵌在上盖板(2)中心通孔中，可以在中心通孔中上下移动；2个透射杆系统结构相同，置于入射杆(201)下端；4根支杆、2个透射杆系统均用螺纹紧固在底板(4)上；每个透射杆系统均由透射杆、透射杆套筒、压力传感器、弹簧、套筒底座组成；第一透射杆(401)插在第一透射杆套筒(601)中，第一压力传感器(501)在第一透射杆(401)加工时嵌在第一透射杆(401)内部，第一透射杆套筒(601)用螺栓连接在第一套筒底座(701)上；第二透射杆(402)插在第二透射杆套筒(602)中，第二压力传感器(502)在第二透射杆(402)加工时嵌在第二透射杆(402)内部，第二透射杆套筒(602)用螺栓连接在第二套筒底座(702)上； 

入射杆(201)是一个下端为两个楔形面、上端带一个圆形凸台(202)的圆柱，圆形凸台(202)的半径R大于圆柱半径r，两个楔形面即第一楔形面(203)和第二楔形面(204)与轴线成β角，入射杆(201)的长度h为其运行的最大位移，所述轴线指入射杆(201) 圆柱的中心线； 

第一透射杆系统与入射杆(201)的第一楔形面(203)垂直放置，第二透射杆系统与入射杆(201)的第二楔形面(204)垂直放置；第一透射杆(401)是一根长圆柱杆，第一透射杆套筒(601)是一个中空的圆筒，内半径与第一透射杆(401)的外半径相匹配，满足第一透射杆(401)插入第一透射杆套筒(601)内；第一弹簧(6)和第二弹簧(61)结构形状大小相同，第一弹簧(6)的半径小于第一透射杆套筒(601)的内半径；第一弹簧(6)放在第一透射杆套筒(601)内，第一弹簧(6)上端与第一透射杆(401)底端接触，下端与第一套筒底座(701)接触；第二弹簧(61)放在第二透射杆套筒(602)内，第二弹簧(61)上端与第二透射杆(402)底端接触，下端与第二套筒底座(702)接触；第一炸药试样(301)放在入射杆的第一楔形面(203)和第一透射杆(401)之间，第二炸药试样(302)放在入射杆的第二楔形面(204)和第二透射杆(402)之间；在入射杆(201)向下移动前，安装第一弹簧(6)时使第一弹簧(6)处于压缩状态，通过第一弹簧(6)的弹力对第一炸药试样(301)加载预应力，安装第二弹簧(61)时使弹簧处于压缩状态，通过第二弹簧(61)的弹力对第二炸药试样(302)加载预应力；入射杆(201)向下移动时，第一弹簧(6)对第一炸药试样(301)施加一个垂直于第一楔形面(203)方向的预应力，第二弹簧(61)对第二炸药试样(302)施加一个垂直于第二楔形面(204)方向的预应力；当入射杆(201)向下移动时，第一炸药试样(301)夹在第一楔形面(203)和第一透射杆(401) 之间随着入射杆(201)向下移动，第一弹簧(6)对第一炸药试样(301)施加一个垂直于第一楔形面(203)方向的预应力；第二炸药试样(302)夹在入射杆的第二楔形面(204)和第二透射杆(402)之间随着入射杆(201)向下移动，第二弹簧(61)对第二炸药试样(302)施加一个垂直于第二楔形面(204)方向的预应力，完成撞击摩擦加载； 

第一套筒底座(701)、第二套筒底座(702)通过螺栓固定在底板(4)上，第一透射杆套筒(601)通过螺栓固定在第一套筒底座(701)上，第二透射杆套筒(602)通过螺栓固定在第二套筒底座(702)上； 

第一压力传感器(501)为压应力传感器，测试撞击过程中的正压力的变化，第二压力传感器(502)为剪应力传感器，测试撞击过程中的剪切力的变化。 

2.如权利要求1所述的炸药摩擦安全性能测试装置，其特征在于所述落锤(1)质量大于5㎏。 

3.如权利要求1所述的炸药摩擦安全性能测试装置，其特征在于所述β角满足30°≤β≤60°，60mm≤h≤100mm。 

4.如权利要求1所述的炸药摩擦安全性能测试装置，其特征在于所述上盖板(2)是中心开有一个第一通孔、四角开有4个第二通孔的方形板，第一通孔的大小满足入射杆(201)除圆形凸台(202)外都能通过，上盖板(2)用来固定入射杆(201)和限制入射杆(201)移动的最大位移。第一通孔的内半径等于入射杆(201)的外半径。 

5.如权利要求1所述的炸药摩擦安全性能测试装置，其特征在于所述第一透射杆(401)长度比第一透射杆套筒(601)长度大20mm； 第二透射杆(402)长度比第二透射杆套筒(602)长度大20mm。 

6.如权利要求1所述的炸药摩擦安全性能测试装置，其特征在于所述第一弹簧(6)和第二弹簧(61)的弹性系数为200N/m～250N/m。 

7.如权利要求1所述的炸药摩擦安全性能测试装置，其特征在于所述第一套筒底座(701)、第二套筒底座(702)由金属材料制备，下端是平底，第一套筒底座(701)上端面与入射杆的第一楔形面(203)平行，第二套筒底座(702)上端面与入射杆的第二楔形面(204)平行。 

8.如权利要求1或4所述的炸药摩擦安全性能测试装置，其特征在于支杆(5)是两端带有螺纹的双头螺柱，外径与上盖板(2)上的第二通孔内径相等，螺柱的长度大于300mm，小于350mm。