CN105158090A - 一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统及方法 - Google Patents

一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统及方法 Download PDF

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刘函
张少龙
陈昂
李毅
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Abstract

本发明公开了一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统及方法，属于测量技术领域。所述系统主要包括爆炸加载装置、同步触发器、照明装置、高速相机和计算机采集终端；可拆卸底座、法兰盖与炸药固定结构均与爆炸容器固连；同步发射器分别与电雷管和高速相机连接；高速相机与计算机采集终端连接；照明装置均匀分布在待测样品两侧。所述方法利用高速相机记录待测样品在爆炸加载下完整的动态变形过程，结合3D？DIC对变形过程数据进行处理后，通过比较分析相同加载条件下变形过程中待测样品表面特征点和特征线的瞬态最大离面位移、瞬态最大离面速度，瞬态最大主应变及变形后的终态挠度和主应变，判断待测样品在爆炸加载条件下的变形能力和抗爆吸能效果。

Description

一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统及方法，属于测量技术领域。
背景技术
爆炸领域比较特殊，爆炸条件复杂、恶劣，而且在爆炸和冲击过程中，结构变形剧烈而复杂，其变形在时间上是一个强烈的非线性过程，在空间上是一个严重的非均匀分布场，研究爆炸条件下材料的变形破坏行为存在一定的困难，而爆炸条件下材料与结构的变形破坏一直是爆炸力学领域的重点和难点。目前，传统的测量方法有很大的局限性，如基于应变片的电测法和反射面速度干涉仪(VISAR)方法等都只能得到一点或多点的变形信息，无法获得被测表面的全场变形，难以深入、全面了解材料和结构的动态变形过程。
爆炸冲击实验作为一种基本的动态加载实验手段，是研究结构爆炸冲击响应的重要方法，被广泛应用于爆炸防护实验研究。传统的爆炸加载方法(例如水下爆炸，外场空气爆炸)等因为爆炸过程所产生的冲击波、高温和有害的爆炸产物会对环境造成一定的污染和破坏，需要复杂的环境防护装置且实验费用昂贵。而模拟爆炸加载条件的激波管等装置虽然可以一定程度上模拟爆炸冲击波对样品的加载作用，但是却无法完全的再现爆炸过程的所有反应过程(如爆炸升温，爆轰产物等)。用于爆炸合成的爆炸罐等封闭爆炸装置虽然能很好的解决以上问题，但是其主要用于工业生产，对条件和炸药位置的控制不够精确，不利于科研研究和实验室实验。
数字图像相关方法(简称DIC)是一种新兴的光力学测量技术，该方法主要用于测量加载作用下观测对象表面的变形场，它具有非接触性、全场测量、光路简单、可用白光光源、不易受外界影响、对隔振条件要求较低、测量范围和精度可根据需要调整、数据处理自动化程度高等优点。DIC方法的主体思想是在上个世纪80年代由日本IYamaguchi和美国南卡罗莱纳州(SouthCarolina)大学的Peter和Ranson等人同时独立提出的。Sutton等根据这种思想发展出了相应的数值算法，发展成了现在熟知的二维数字图像相关方法(2DDIC)方法，很多学者也利用这种方法在多领域展开了大量的研究工作。但是，传统的2DDIC方法只能测量物体表面的面内位移，一些学者对DIC方法进行了改进能够得到离面位移数据，但是这些改进方法都或多或少有一些缺陷，不能算是真正的三维测量。90年代，Luo和Sutton等人利用一对相机从不同角度对被测物体表面成像，首次把双目立体视觉原理和DIC方法相结合测得了物体表面的三维形貌及变形场。Chao等将计算机视觉理论与2DDIC相结合，实现了对曲面的三维位移测量，推动了DIC在3D变形场测量中的发展。随后Sutton等又提出了新的相机标定方法，简化了标定过程，使三位数字图像相关(3DDIC)方法日趋成熟。近年来，基于3DDIC方法的研究大都是静态或准静态加载下材料和结构的变形场测量。而在动态加载条件尤其是爆炸加载条件下的高速变形与破坏过程仍存在环境恶劣、存在危险性、速度较快难以捕捉、运动物体存在残影等技术和实验难题，但是随着高速相机的发展，捕捉爆炸或冲击等动态加载条件下的高速变形场图像数据成为可能。
发明内容
针对传统测量材料抗爆炸冲击性能的方法只能对爆炸过程中动态变形样品表面一点或多点进行测量记录，无法得到全场变形信息；以及传统测量方法适用范围狭隘、操作环境要求过高，同时改变爆炸加载强度控制困难、加载条件复杂多变的问题，本发明的目的之一是提供一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统，所述系统适用于研究不同强度载荷加载条件下的梯度实验；本发明的目的之二是提供一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统的实现方法，所述方法测量条件要求简单，非接触能保证安全，并且对于动态过程的测量精度较高，可以捕捉整个爆炸过程中的被测物表面全场变形信息。
本发明的目的由以下技术方案实现：
一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统，所述系统主要包括爆炸加载装置、同步触发器、照明装置、高速相机和计算机采集终端；
其中，所述爆炸加载装置包括爆炸容器、可拆卸底座、和炸药固定结构；所述爆炸容器为两端开口的圆柱形结构，在爆炸容器的筒壁上加工有两个以上的通孔；爆炸容器顶端的圆周面上加工有与法兰盖相互配合的环形凸台；底端加工有与可拆卸底座相互配合的环形底盘；所述炸药固定结构由一根支撑杆和一个圆环形的装药托盘组成；所述装药托盘用于装载炸药和电雷管；
所述高速相机的个数为两台；所述照明装置为两套以上；
所述同步触发器具有上升沿的脉冲电信号，其输出信号为5伏TTL；
整体连接关系：
所述可拆卸底座与爆炸容器上的环形底盘固连，将爆炸容器的底端封闭；所述法兰盖与爆炸容器上的环形凸台固连，并将待测样品固定在爆炸容器的顶端；所述炸药固定结构的支撑杆通过爆炸容器筒壁上的通孔与爆炸容器固连，所述装药托盘与法兰盖同轴；所述同步发射器通过同轴电缆分别与所述装药托盘上的电雷管和两台串联的高速相机连接；所述高速相机通过千兆网线与计算机采集终端连接；两台高速相机拍摄方向之间夹角α为15°～30°，且视场与待测样品表面重合；两套以上的照明装置均匀分布在待测样品两侧。
进一步的，所述测量材料抗爆炸冲击性能的系统无可拆卸底座。
工作原理：利用两台同步触发的高速相机记录待测样品在爆炸加载下完整的动态变形过程，结合三维数字图像相关方法对变形过程数据进行处理得到待测样品表面的三维位移、速度和二维应变场分布信息，装药托盘到待测样品距离固定，使用空气中炸药爆炸压力峰值的经验公式对使用炸药所产生的压力峰值和冲量进行估算，以此测量在爆炸加载条件下待测样品不发生破坏的临界当量、临界峰值和冲量；通过比较分析相同加载条件下变形过程中待测样品表面特征点和特征线的瞬态最大离面位移、瞬态最大离面速度，瞬态最大主应变以及变形结束以后的终态挠度和主应变，判断预估待测样品在给定爆炸加载条件下的变形能力好坏和抗爆吸能效果。
经验公式：
其中，P1 I和P1 R分别为入射超压和反射超压，单位为MPa；I1为入射冲量，单位为Pa·s；Z为比例距离，单位为m/kg1/3；W为装药质量，单位为kg；R为爆距，单位为m。本公式是针对于TNT炸药来进行估算的，如果使用其他炸药需要把炸药换算成等效TNT当量来进行计算。例如，RDX炸药在计算封头超压时，装药质量应以1.22×W进行换算，而在计算封头冲量时，装药质量应以1.22×W进行换算。
一种如本发明所述的一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统的实现方法，所述方法具体步骤如下：
(1)对待测样品进行去除油污并打磨处理后，在待测样品的表面喷涂一层厚度≤0.1mm的底漆，干燥，在底漆表面制作随机分布的散斑点，得到散斑场；
其中，所述待测样品为圆形薄板结构，直径应为200mm，厚度为0.5～10mm；所述底漆和散斑点的颜色不同；所述散斑点直径在高速相机视场内的大小为5个像素；
所述干燥优选自然晾干；
(2)将装有电雷管的药柱安装在装药托盘上后将炸药固定结构固连到爆炸容器的筒壁上；将待测样品放置于所述爆炸容器的顶端，并通过法兰盖固定；若加载条件为封闭爆炸时，安装可拆卸底座，若加载条件为半封闭爆炸时，不安装可拆卸底座；其中，所述药柱由含能炸药冷压成型；
(3)连接所述爆炸加载装置、同步触发器、高速相机和计算机采集终端；调整两台高速相机拍摄方向之间夹角α为15°～30°，聚焦使所述高速相机视场与待测样品表面的散斑场重合；将两套以上的照明装置均与分布在待测样品两侧，打开照明装置；
(4)对高速相机进行三维标定，采集15幅以上的标定板图像；将所述标定板图像导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行计算，得到高速相机的空间坐标系和单个相机的内部参数；
其中，DIC为三维数字图像相关方法的简称；
(5)通过同步触发器同时触发高速相机和电雷管；电雷管引爆药柱，同时，所述通过高速相机采集爆炸过程中待测样品的动态变形过程，得到记录有变形信息的数字图像；
(6)将所述数字图像导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行相关匹配计算，得到爆炸过程中待测样品表面的初始三维位移场信息；根据所述位移场信息利用差分法和导数法分别计算出三维速度场信息和二维面内应变场信息；
(7)根据所述三维位移场信息、三维速度场信息和二维面内应变场信息，选取待测样品表面的中心点、偏心点和边缘点为特征点，提取所述特征点的位移-时间曲线、速度-时间曲线和主应变-时间曲线，并所述曲线获得待测样品的特征量，即最大离面位移、最终挠度、最大离面速度、最大主应变和塑性变形周期；根据所述特征量评估待测样品的抗爆炸冲击性能。
有益效果
(1)本发明所述系统中，爆距已知且固定，通过调整装药距离，可以有效控制爆炸冲击波载荷的强度，此外样品尺寸和边界条件不变，进行多次测试的可重复性较好，适用于研究不同强度载荷加载条件下的梯度实验；
(2)本发明所述测量方法测量条件要求简单，非接触能保证安全，并且对于动态过程的测量精度较高，可以捕捉整个爆炸过程中的被测物表面全场变形信息；
(3)本发明所述测量方法简单、测量结果准确。所述测量方法选取底漆的厚度≤0.1mm，可以防止漆层脱离；同时散斑点直径为5个像素，可以防止散斑点过小影响计算结果；且通过计算机采集终端上的DIC计算软件进行计算，得到待测样品的全场应变信息；
(3)本发明所述测量方法采用同步触发同步控制电路，能保证高速相机和电雷管同步触发，保证两台相机的图像和实际测试过程在时域上的一致性；
(4)本发明所述测量方法采用的爆炸加载装置可以逐步提高或者降低炸药当量形成梯度试验，并保证在相同的条件下得到大量的可重复性试验数据，有助于总结评估材料板结构的抗爆性能和变形能力。
附图说明
图1为本发明所述测量材料抗爆炸冲击性能的系统的示意图；
图2为本发明所述爆炸加载装置的示意图；
图3为实施例1中待测样品表面特征点选取示意图；
图4为实施例1中特征点的位移-时间曲线；
图5为实施例1中特征点的速度-时间曲线；
图6为实施例1中特征点的主应变-时间曲线；
其中，1-爆炸容器，2-炸药固定结构，3-装药托盘，4-法兰盖，5-爆炸加载装置，6-照明装置，7-同步触发器，8-高速相机，9-计算机采集终端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。
以下实施例中所述的待测样品为型号T2的紫铜圆板，圆板厚度为2mm，直径为200mm；
实施例1
一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统，所述系统主要包括爆炸加载装置、同步触发器、照明装置、高速相机和计算机采集终端；
其中，所述爆炸加载装置包括爆炸容器、可拆卸底座、法兰盖和炸药固定结构；所述爆炸容器为两端开口的圆柱形结构，在爆炸容器的筒壁上加工有两个以上的通孔；爆炸容器顶端的圆周面上加工有与法兰盖相互配合的环形凸台；底端加工有与可拆卸底座相互配合的环形底盘；所述炸药固定结构由一根支撑杆和一个圆环形的装药托盘组成；所述装药托盘用于装载炸药和电雷管；
所述高速相机的个数为两台；所述照明装置的两套；
所述同步触发器具有上升沿的脉冲电信号，其输出信号为5伏TTL；
整体连接关系：
所述可拆卸底座与爆炸容器上的环形底盘固连，将爆炸容器的底端封闭；所述法兰盖与爆炸容器上的环形凸台固连，并将待测样品固定在爆炸容器的顶端；所述炸药固定结构的支撑杆通过爆炸容器筒壁上的通孔与爆炸容器固连，所述装药托盘与法兰盖同轴；所述同步发射器通过同轴电缆分别与所述装药托盘上的电雷管和两台串联的高速相机连接；所述高速相机通过千兆网线与计算机采集终端连接；两台高速相机拍摄方向之间夹角α为15°～30°，且视场与待测样品表面重合；两套以上的照明装置均匀分布在待测样品两侧。
一种如实施例1所述的测量材料抗爆炸冲击性能的系统的测量方法，所述方法具体步骤如下：
(1)对待测样品进行去除油污并打磨处理后，在待测样品的表面喷涂一层厚度≤0.1mm的白色底漆，在湿度为9.41的条件下自然晾干，使用黑色油性记号在白色底漆表面均匀点出直径为0.2mm(相机视场内大小5个像素)的黑色的散斑点，得到散斑场；
所述散斑点直径为5个像素；
(2)选取3.5g的惰性塑性炸药(PBX)炸药在室温条件下冷压成20mm的药柱，并将电雷管插入所述药柱中；将装有电雷管的药柱安装在装药托盘上后将炸药固定结构固连到爆炸容器的筒壁上，调整药柱方向使其与爆炸容器同轴；将待测样品放置于所述爆炸容器的顶端，并通过法兰盖固定；安装可拆卸底座；
(3)连接所述爆炸加载装置、同步触发器、高速相机和计算机采集终端；调整两台高速相机拍摄方向之间夹角α为27°，聚焦使所述高速相机视场与待测样品表面的散斑场重合；将两套的照明装置均与分布在待测样品两侧，打开照明装置的光源照亮散斑场，调整图像清晰度；
(4)对高速相机进行三维标定，采集15幅以上的标定板图像；将所述标定板图像导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行计算，得到高速相机的空间坐标系和单个相机的内部参数；
其中，DIC为三维数字图像相关方法的简称；
(5)通过同步触发器同时触发高速相机和电雷管；电雷管引爆药柱，同时，所述通过高速相机采集爆炸过程中待测样品的动态变形过程，得到记录有变形信息的数字图像；
(6)将所述数字图像导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行相关匹配计算，得到爆炸过程中待测样品表面的初始三维位移场信息；根据所述位移场信息利用差分法和导数法分别计算出三维速度场信息和二维面内应变场信息；
(7)根据所述三维位移场信息、三维速度场信息和二维面内应变场信息，选取待测样品表面的中心点、偏心点和边缘点为特征点，提取所述特征点的位移-时间曲线(见图3)、速度-时间曲线(见图4)和应变-时间曲线(见图5)，并所述曲线获得待测样品的特征量，即最大离面位移、最终挠度、最大离面速度、最大主应变和塑性变形周期；根据所述特征量评估待测样品的抗爆炸冲击性能。结论：在3.5gPBX炸药(爆距100mm)的作用下，2mm纯铜圆板中点的最大离面挠度为23.5mm，最终挠度为22.6mm，板结构的失效模式为大塑性变形，毁伤形态为穹顶形，在此条件下样品未发生破坏，说明该装药提供的爆炸载荷作用效果未达到样品的抗冲击性能极限。
实施例2
一种如实施例1述的测量材料抗爆炸冲击性能的系统的测量方法，所述方法具体步骤如下：
(1)对待测样品进行去除油污并打磨处理后，在待测样品的表面喷涂一层厚度≤0.1mm的白色底漆，在湿度为9.41的条件下自然晾干，使用黑色油性记号在白色底漆表面均匀点出直径为0.2mm(相机视场内大小5个像素)的黑色的散斑点，得到散斑场；
所述散斑点直径为5个像素；
(2)选取4g的惰性塑性炸药(PBX)炸药在室温条件下冷压成20mm的药柱，并将电雷管插入所述药柱中；将装有电雷管的药柱安装在装药托盘上后将炸药固定结构固连到爆炸容器的筒壁上，调整药柱方向使其与爆炸容器同轴；将待测样品放置于所述爆炸容器的顶端，并通过法兰盖固定；安装可拆卸底座；
(3)连接所述爆炸加载装置、同步触发器、高速相机和计算机采集终端；调整两台高速相机拍摄方向之间夹角α为27°，聚焦使所述高速相机视场与待测样品表面的散斑场重合；将两套的照明装置均与分布在待测样品两侧，打开照明装置的光源照亮散斑场，调整图像清晰度；
(4)对高速相机进行三维标定，采集15幅以上的标定板图像；将所述标定板图像导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行计算，得到高速相机的空间坐标系和单个相机的内部参数；
其中，DIC为三维数字图像相关方法的简称；
(5)通过同步触发器同时触发高速相机和电雷管；电雷管引爆药柱，同时，所述通过高速相机采集爆炸过程中待测样品的动态变形过程，得到记录有变形信息的数字图像；
(6)将所述数字图像导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行相关匹配计算，得到爆炸过程中待测样品表面的初始三维位移场信息；根据所述位移场信息利用差分法和导数法分别计算出三维速度场信息和二维面内应变场信息；
(7)根据所述三维位移场信息、三维速度场信息和二维面内应变场信息，选取待测样品表面的中心点、偏心点和边缘点为特征点，提取所述特征点的位移-时间曲线、速度-时间曲线和应变-时间曲线，并所述曲线获得待测样品的特征量，即最大离面位移、最终挠度、最大离面速度、最大主应变和塑性变形周期；根据所述特征量评估待测样品的抗爆炸冲击性能。结论：在4gPBX炸药(爆距100mm)的作用下，2mm纯铜圆板中点的最大离面挠度为24.6mm，最终挠度为23.9mm，板结构的失效模式为大塑性变形，毁伤形态为穹顶形，在此条件下样品未发生破坏，说明该装药提供的爆炸载荷作用效果未达到样品的抗冲击性能极限。
实施例3
一种如实施例1所述的测量材料抗爆炸冲击性能的系统的测量方法，所述方法具体步骤如下：
(1)与实施例1、2不同，本实施例样品厚度为3mm，对待测样品进行去除油污并打磨处理后，在待测样品的表面喷涂一层厚度≤0.1mm的白色底漆，在湿度为9.41的条件下自然晾干，使用黑色油性记号在白色底漆表面均匀点出直径为0.2mm(相机视场内大小5个像素)的黑色的散斑点，得到散斑场；
所述散斑点直径为5个像素；
(2)选取4g的惰性塑性炸药(PBX)炸药在室温条件下冷压成20mm的药柱，并将电雷管插入所述药柱中；将装有电雷管的药柱安装在装药托盘上后将炸药固定结构固连到爆炸容器的筒壁上，调整药柱方向使其与爆炸容器同轴；将待测样品放置于所述爆炸容器的顶端，并通过法兰盖固定；安装可拆卸底座；
(3)连接所述爆炸加载装置、同步触发器、高速相机和计算机采集终端；调整两台高速相机拍摄方向之间夹角α为27°，聚焦使所述高速相机视场与待测样品表面的散斑场重合；将两套的照明装置均与分布在待测样品两侧，打开照明装置的光源照亮散斑场，调整图像清晰度；
(4)对高速相机进行三维标定，采集15幅以上的标定板图像；将所述标定板图像导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行计算，得到高速相机的空间坐标系和单个相机的内部参数；
其中，DIC为三维数字图像相关方法的简称；
(5)通过同步触发器同时触发高速相机和电雷管；电雷管引爆药柱，同时，所述通过高速相机采集爆炸过程中待测样品的动态变形过程，得到记录有变形信息的数字图像；
(6)将所述数字图像导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行相关匹配计算，得到爆炸过程中待测样品表面的初始三维位移场信息；根据所述位移场信息利用差分法和导数法分别计算出三维速度场信息和二维面内应变场信息；
(7)根据所述三维位移场信息、三维速度场信息和二维面内应变场信息，选取待测样品表面的中心点、偏心点和边缘点为特征点，提取所述特征点的位移-时间曲线、速度-时间曲线和应变-时间曲线，并所述曲线获得待测样品的特征量，即最大离面位移、最终挠度、最大离面速度、最大主应变和塑性变形周期；根据所述特征量评估待测样品的抗爆炸冲击性能。结论：在4gPBX炸药(爆距100mm)的作用下，3mm纯铜圆板中点的最大离面挠度为14.2mm，最终挠度为14.1mm，板结构的失效模式为大塑性变形，毁伤形态为穹顶形，在此条件下样品未发生破坏，说明该装药提供的爆炸载荷作用效果未达到样品的抗冲击性能极限。
实施例4
一种如实施例1所述的测量材料抗爆炸冲击性能的系统的测量方法，所述方法具体步骤如下：
(1)与实施例1不同，本实施例样品材质为钛合金，对待测样品进行去除油污并打磨处理后，在待测样品的表面喷涂一层厚度≤0.1mm的白色底漆，在湿度为9.41的条件下自然晾干，使用黑色油性记号在白色底漆表面均匀点出直径为0.2mm(相机视场内大小5个像素)的黑色的散斑点，得到散斑场；
所述散斑点直径为5个像素；
(2)选取3.5g的惰性塑性炸药(PBX)炸药在室温条件下冷压成20mm的药柱，并将电雷管插入所述药柱中；将装有电雷管的药柱安装在装药托盘上后将炸药固定结构固连到爆炸容器的筒壁上，调整药柱方向使其与爆炸容器同轴；将待测样品放置于所述爆炸容器的顶端，并通过法兰盖固定；安装可拆卸底座；
(3)连接所述爆炸加载装置、同步触发器、高速相机和计算机采集终端；调整两台高速相机拍摄方向之间夹角α为27°，聚焦使所述高速相机视场与待测样品表面的散斑场重合；将两套的照明装置均与分布在待测样品两侧，打开照明装置的光源照亮散斑场，调整图像清晰度；
(4)对高速相机进行三维标定，采集15幅以上的标定板图像；将所述标定板图像导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行计算，得到高速相机的空间坐标系和单个相机的内部参数；
其中，DIC为三维数字图像相关方法的简称；
(5)通过同步触发器同时触发高速相机和电雷管；电雷管引爆药柱，同时，所述通过高速相机采集爆炸过程中待测样品的动态变形过程，得到记录有变形信息的数字图像；
(6)将所述数字图像导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行相关匹配计算，得到爆炸过程中待测样品表面的初始三维位移场信息；根据所述位移场信息利用差分法和导数法分别计算出三维速度场信息和二维面内应变场信息；
(7)根据所述三维位移场信息、三维速度场信息和二维面内应变场信息，选取待测样品表面的中心点、偏心点和边缘点为特征点，提取所述特征点的位移-时间曲线、速度-时间曲线和应变-时间曲线，并所述曲线获得待测样品的特征量，即最大离面位移、最终挠度、最大离面速度、最大主应变和塑性变形周期；根据所述特征量评估待测样品的抗爆炸冲击性能。结论：在3.5gPBX炸药(爆距100mm)的作用下，2mm纯铜圆板中点的最大离面挠度为12.1mm，最终挠度为5.9mm，板结构的失效模式为大塑性变形，毁伤形态为穹顶形，在此条件下样品未发生破坏，说明该装药提供的爆炸载荷作用效果未达到样品的抗冲击性能极限。
以上实施例中的相关数据如表1所示，可知，其他条件不变，样品的最终挠度和最大挠度随着爆炸载荷强度的升高而变大；其他条件不变，样品的最终挠度和最大挠度随着样品的厚度减小而降低；其他条件不变，抗暴性能更好的材质样品将有效减小最终挠度和最大挠度。重复实例2步骤，继续增加爆炸载荷强度，最终可以得到促使样品破坏的临界装药值，从而量化紫铜样品的抗冲击性能，此外与其他材料的样品测试结果比较，可以对待测样品的抗冲击性能进行评估。
表1
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统，其特征在于：所述系统主要包括爆炸加载装置(5)、同步触发器(7)、照明装置(6)、高速相机(8)和计算机采集终端(9)；
其中，所述爆炸加载装置(5)包括爆炸容器(1)、可拆卸底座、和炸药固定结构(2)；所述爆炸容器(1)为两端开口的圆柱形结构，在爆炸容器(1)的筒壁上加工有两个以上的通孔；爆炸容器(1)顶端的圆周面上加工有与法兰盖(4)相互配合的环形凸台；底端加工有与可拆卸底座相互配合的环形底盘；所述炸药固定结构(2)由一根支撑杆和一个圆环形的装药托盘(3)组成；所述装药托盘(3)用于装载炸药和电雷管；
所述高速相机(8)的个数为两台；所述照明装置(6)为两套以上；
整体连接关系：
所述可拆卸底座与爆炸容器(1)上的环形底盘固连，将爆炸容器(1)的底端封闭；所述法兰盖(4)与爆炸容器(1)上的环形凸台固连，并将待测样品固定在爆炸容器(1)的顶端；所述炸药固定结构(2)的支撑杆通过爆炸容器(1)筒壁上的通孔与爆炸容器(1)固连，所述装药托盘(3)与法兰盖(4)同轴；所述同步发射器通过同轴电缆分别与所述装药托盘(3)上的电雷管和两台串联的高速相机(8)连接；所述高速相机(8)通过千兆网线与计算机采集终端(9)连接；两台高速相机(8)拍摄方向之间夹角α为15°～30°，且视场与待测样品表面重合；两套以上的照明装置(6)均匀分布在待测样品两侧。
2.根据权利要求1所述的一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统，其特征在于：所述同步触发器(7)可输出具有上升沿的脉冲电信号，其输出信号为5伏TTL；所述电雷管为5号电雷管。
3.根据权利要求1所述的一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统，其特征在于：所述测量材料抗爆炸冲击性能的系统无可拆卸底座。
4.一种如权利要求1所述的测量材料抗爆炸冲击性能的系统的实现方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：
(1)对待测样品进行去除油污并打磨处理后，在待测样品的表面喷涂一层厚度≤0.1mm的底漆，干燥，在底漆表面制作随机分布的散斑点，得到散斑场；
其中，所述待测样品为圆形薄板结构，直径应为200mm，厚度为0.5～10mm；所述底漆和散斑点的颜色不同；所述散斑点直径在高速相机视场内的大小为5个像素；
所述干燥优选自然晾干；
(2)将装有电雷管的药柱安装在装药托盘上后将炸药固定结构固连到爆炸容器的筒壁上；将待测样品放置于所述爆炸容器的顶端，并通过法兰盖固定；若加载条件为封闭爆炸时，安装可拆卸底座，若加载条件为半封闭爆炸时，不安装可拆卸底座；其中，所述药柱由含能炸药冷压成型；
(3)连接所述爆炸加载装置、同步触发器、高速相机和计算机采集终端；调整两台高速相机拍摄方向之间夹角α为15°～30°，聚焦使所述高速相机视场与待测样品表面的散斑场重合；将两套以上的照明装置均与分布在待测样品两侧，打开照明装置；
(4)对高速相机进行三维标定，采集15幅以上的标定板图像；将所述标定板图像导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行计算，得到高速相机的空间坐标系和单个相机的内部参数；
其中，DIC为三维数字图像相关方法的简称；
(5)通过同步触发器同时触发高速相机和电雷管；电雷管引爆药柱，同时，所述通过高速相机采集爆炸过程中待测样品的动态变形过程，得到记录有变形信息的数字图像；
(6)将所述数字图像导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行相关匹配计算，得到爆炸过程中待测样品表面的初始三维位移场信息；根据所述位移场信息利用差分法和导数法分别计算出三维速度场信息和二维面内应变场信息；
(7)根据所述三维位移场信息、三维速度场信息和二维面内应变场信息，选取待测样品表面的中心点、偏心点和边缘点为特征点，提取所述特征点的位移-时间曲线、速度-时间曲线和主应变-时间曲线，并所述曲线获得待测样品的特征量，即最大离面位移、最终挠度、最大离面速度、最大主应变和塑性变形周期；根据所述特征量评估待测样品的抗爆炸冲击性能。
5.根据权利要求3所述的一种测量材料抗爆炸冲击性能的系统的实现方法，其特征在于：所述干燥为自然晾干。
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