CN108362584B

CN108362584B - 一种水中冲击爆炸复合加载的激波管实验装置

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Publication number: CN108362584B
Application number: CN201810208788.3A
Authority: CN
Inventors: 伍俊; 庄铁栓; 杨程宇; 徐加先; 王明洋; 高超; 肖玲; 许文轩; 徐可立; 孙敖; 杨益
Original assignee: Unit 61489 Of Pla
Current assignee: Unit 61489 Of Pla
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2023-09-01
Anticipated expiration: 2038-03-14
Also published as: CN108362584A

Abstract

本发明属于工程防护技术领域，公开一种水中冲击爆炸复合加载的激波管实验装置。公开的一种水中冲击爆炸复合加载的激波管实验装置具有水靶管，水靶管具有可承受内部压力20MPa的圆柱形管体，水靶管的前端为向前渐缩径的圆锥台体；水靶管后端具有法兰盘；水靶管内填充有水介质；水靶管内悬挂有药柱，药柱的一端通过起爆线伸出水靶管上所对应的起爆口；水靶管的后端与观察管连接；观察管的两端具有法兰盘；待实验的试件安装在水靶管后端法兰盘与观察管前端法兰盘之间；水靶管的前部设置有撞击机构。本发明装置可以完成不同水深、不同当量水下爆炸冲击波、气泡脉动荷载传播规律，以及舰艇等材料的动态断裂性能测试的实验研究。

Description

一种水中冲击爆炸复合加载的激波管实验装置

技术领域

本发明属于工程防护技术领域，具体涉及一种水中冲击爆炸复合加载的激波管实验装置。

背景技术

在水中冲击爆炸实验装置研究领域，国外方面，美国是最早开展动态加载模拟实验装置和舰船材料动态力学行为测试技术的国家，自上世纪70年代开始就先后开发了夏比冲击、落锤试验和应力波加载等试验技术。后来，在国际上率先开发了利用平板撞击技术，用来测试冲击波载荷条件下舰艇材料动态起裂刚度研究。近年来，美国海军花巨资开展了水下冲击波加载装置及试验技术研究，并资助海军水下作战中心开展了水下激波管加载技术研究，进行了平面冲击波强冲击加载试验，用于测试冲击波加载条件下结构的动态响应，评估舰船结构受水下爆炸载荷作用下的变形行为，利用这些水下加载装置和测试技术，美国已在系列载荷率谱范围内对关键舰艇用钢动态断裂行为进行了全面测试，建立了相关试验的数据库，进行管理和使用，并形成了舰艇的抗冲击评定标准。在国内方面，相关单位（如：无锡中船702所、绵阳九院）已建成了一些大型的水下爆炸试验水池和小型的实验水箱，用于爆轰物理场特性和测试舰艇结构的动态响应研究。在应力波加载动态试验方面，国内舰船领域有许多单位（如：无锡702所、哈尔滨工程大学）建造了不同口径的Hopkinson杆实验装置，用于舰艇材料的动态本构关系测定。在更高加载速率的实验装置方面，国内把在航空航天、地面武器装备领域已应用的冲击波加载实验装置推广到舰船领域，建成了平板撞击实验装置，用于模拟不同加载速率下的固体冲击和侵彻。近期哈尔滨工业大学、北京理工大学仿照美国建造的水下冲击波加载实验装置原理，建造了由飞片撞击的非药式冲击波加载模拟实验装置，但是这类实验装置只能模拟一定药量的水中爆炸冲击波载荷，不能模拟气泡和射流等作用，也不能用于舰艇及其水工结构材料大药量复合加载的动态断裂性能测试以及不同水深冲击波传播规律的研究。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种水中冲击爆炸复合加载的激波管实验装置。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种水中冲击爆炸复合加载的激波管实验装置，所述的实验装置具有用以模拟试件实验环境的水靶管，所述水靶管具有可承受内部压力20MPa的圆柱形管体，所述水靶管的前端为向前渐缩径的圆锥台体，圆锥台体的中心具有用以插入活塞杆的通孔；所述的水靶管后端具有法兰盘；所述水靶管的长度不小于10m；所述的水靶管内填充有水介质；所述的水靶管上具有充气口，所述的充气口与外部充气设备连接，用以为水靶管内水介质进行加压；所述的水靶管内悬挂有用以模拟水中起爆环境的药柱，所述药柱的一端通过起爆线伸出水靶管上所对应的起爆口；所述水靶管的后端通过法兰盘与观察管连接；所述的观察管为可承受内部压力为5MPa的圆柱形管体；所述观察管的两端具有法兰盘；待实验的试件安装在水靶管后端法兰盘与观察管前端法兰盘之间；观察管后端所述法兰盘的端口设置有用以将其封闭的端口盖板；所述水靶管的前部设置有用以对放置在水靶管前端的活塞杆进行撞击的撞击机构；所述的撞击机构具有高压氮气储存罐和电磁阀，所述高压氮气储存罐和电磁阀的后端安装有撞击杆，并在所述撞击杆的发射出口处设置有用以测试撞击杆实时速度的测速仪；所述的撞击杆为实心钢杆，口径不大于100mm，撞击速度不小于100m/s；所述的撞击杆撞击活塞杆时，对管内水介质施加初始冲击加载作用；所述的实验装置还包含有高速摄影机和多个多种量程的压电传感器，多个所述的压电传感器布置在水靶管、观察管及试件的壁面上；水靶管的管体、观察管的管体以及端口盖板上均设置有视孔；所述的高速摄影机对应管体及端口盖板上视孔设置，通过视孔实时记录水中冲击波、气泡脉动荷载变化规律以及试件变形断裂情况。

所述的观察管内填充有水介质，用以模拟试件在两面处于水中状态下的冲击爆炸试验。

所述水靶管的管体上还具有进水口、排水口、充气口、起爆口、温度计与压力表口、压电传感器接口、引线接口。

所述观察管的管体上还具有进水口、排水口、压力表口、压电传感器接口、引线接口。

本发明提出的一种用于水中冲击爆炸复合加载的激波管实验装置，采用上述技术方案，可以用于进行不同水深、不同当量水中爆炸冲击波、气泡脉动荷载传播规律，以及舰艇、水工结构材料的动态断裂性能测试实验研究；本发明的水靶管是装置受力主体，撞击机构对管内水介质施加初始冲击作用，并通过起爆口起爆管内药柱，使其对试件产生冲击爆炸复合作用，达到在管内使用很小的药量，就可以模拟野外较大药量水中爆炸作用的效果；观察管主要用来观察记录试件变形、动态断裂过程，管内压电传感器用来测试水中冲击波、气泡脉动荷载传播规律；同时，为模拟不同水深静水压力的作用，实验前通过充气口向水靶管内施加不超过20MPa气压，可以模拟不超过2000m深度的静水压力作用。

附图说明

图1为本发明装置结构剖面示意图。

图中：1、水靶管；2、进水口；3、压电传感器接口；4、视孔；5、药柱；6、起爆口；7、温度计与压力表口；8、充气口；9、排水口；10、引线接口；11、观察管；12、压力表口；13、高压氮气储存罐；14、电磁阀；15、撞击杆；16、测速仪；17、活塞杆；18、高压法兰螺栓；19、密封垫；20、试件；21、端口盖板。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明专利，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，一种水中冲击爆炸复合加载的激波管实验装置，所述的实验装置具有用以模拟试件实验环境的水靶管1，所述水靶管1具有可承受内部压力20MPa的圆柱形管体，所述水靶管1的前端为向前渐缩径的圆锥台体，圆锥台体的中心具有用以插入活塞杆17的通孔；所述的水靶管1后端具有法兰盘；所述水靶管1的长度不小于10m；所述的水靶管1内填充有水介质；所述的水靶管1上具有充气口8，所述的充气口8与外部充气设备连接，用以为水靶管内水介质进行加压；所述的水靶管1内悬挂有用以模拟水中起爆环境的药柱5，所述药柱5的一端通过起爆线伸出水靶管5上所对应的起爆口6；所述水靶管5的后端通过法兰盘与观察管11连接；所述的观察管11为可承受内部压力为5MPa的圆柱形管体；观察管有两个作用，一是保护实验室内部环境设备，防止试件在冲击爆炸下产生的碎块飞散造成对周围设备人员破坏，二是观察管内也可以充水，用以进行试件两面处于水中状态下冲击爆炸试验；所述观察管11的两端具有法兰盘；待实验的试件20安装在水靶管后端法兰盘与观察管前端法兰盘之间；观察管后端所述法兰盘的端口设置有用以将其封闭的端口盖板21；设置端口盖版有三个作用，一个盖板上有视孔可以从正后方观察记录试件断裂变形及飞散情况，二是是保护实验室周围设备安全，三是充水后必须密封，需要加一个带法兰盘的端口盖板才能实现；所述水靶管1的前部设置有用以对放置在水靶管前端的活塞杆进行撞击的撞击机构；所述的撞击机构具有高压氮气储存罐13和电磁阀14，所述高压氮气储存罐13和电磁阀14的后端安装有撞击杆15，并在所述撞击杆15的发射出口处设置有用以测试撞击杆实时速度的测速仪16；所述的撞击杆15为实心钢杆，口径不大于100mm，撞击速度不小于100m/s；所述的撞击杆15撞击活塞杆17时，对管内水介质施加初始冲击加载作用；所述的实验装置还包含有高速摄影机和多个多种量程的压电传感器，多个所述的压电传感器布置在水靶管、观察管及试件的壁面上；水靶管1的管体、观察管的管体以及端口盖板上均设置有视孔4；所述的高速摄影机对应管体及端口盖板上视孔设置，通过视孔实时记录水中冲击波、气泡脉动荷载变化规律以及试件变形断裂情况。

本发明使用时，首先安装试件20和药柱5，拧下水靶管1和观察管11之间高压法兰螺栓18，将圆形试件20安装在水靶管1和观察管11之间法兰盘上，拧紧螺栓固定好试件20，并通过起爆口6在水靶管1内悬吊药柱5至给定位置；其次，通过进水口2将水注进水靶管1，并根据不同水深压力要求，用充气设备（如空压机）对水靶管1内水介质加压，使其压力值达到不同水深的静水压力；第三，按照不同爆炸药量产生的冲击波要求，用高压氮气储存罐13、电磁阀14、测速仪16控制不同速度的发射杆15撞击活塞杆17，使其对管内水介质施加初始冲击作用，同时起爆管内药柱5，达到对试件20产生水中冲击爆炸复合作用的目的。在整个实验过程中，装置外部的测试设备，通过安装在管体、试件壁上的压电传感器3、高速摄影视孔4，实时记录水中冲击波、气泡脉动荷载变化规律以及试件变形断裂情况。采用上述实验装置，可以完成不同水深、不同当量水中爆炸冲击波、气泡脉动荷载传播规律，以及舰艇、水工结构材料的动态断裂性能测试实验等研究工作。

以上实施例仅为本发明的一种实施方式。其具体结构和尺寸可根据实际需要进行相应的调整。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明专利的保护范围。

Claims

1.一种水中冲击爆炸复合加载的激波管实验装置，其特征在于：所述的实验装置具有用以模拟试件实验环境的水靶管，所述水靶管具有可承受内部压力20MPa的圆柱形管体，所述水靶管的前端为向前渐缩径的圆锥台体，圆锥台体的中心具有用以插入活塞杆的通孔；所述的水靶管后端具有法兰盘；所述水靶管的长度不小于10m；所述的水靶管内填充有水介质；所述的水靶管上具有充气口，所述的充气口与外部充气设备连接，用以为水靶管内水介质进行加压；所述的水靶管内悬挂有用以模拟水中起爆环境的药柱，所述药柱的一端通过起爆线伸出水靶管上所对应的起爆口；所述水靶管的后端通过法兰盘与观察管连接；所述的观察管为可承受内部压力为5MPa的圆柱形管体；所述观察管的两端具有法兰盘；待实验的试件安装在水靶管后端法兰盘与观察管前端法兰盘之间；观察管后端所述法兰盘的端口设置有用以将其封闭的端口盖板；所述水靶管的前部设置有用以对放置在水靶管前端的活塞杆进行撞击的撞击机构；所述的撞击机构具有高压氮气储存罐和电磁阀，所述高压氮气储存罐和电磁阀的后端安装有撞击杆，并在所述撞击杆的发射出口处设置有用以测试撞击杆实时速度的测速仪；所述的撞击杆为实心钢杆，口径不大于100mm，撞击速度不小于100m/s；所述的撞击杆撞击活塞杆时，对管内水介质施加初始冲击加载作用；所述的实验装置还包含有高速摄影机和多个多种量程的压电传感器，多个所述的压电传感器布置在水靶管、观察管及试件的壁面上；水靶管的管体、观察管的管体以及端口盖板上均设置有视孔；所述的高速摄影机对应管体及端口盖板上视孔设置，通过视孔实时记录水中冲击波、气泡脉动荷载变化规律以及试件变形断裂情况；所述的观察管内填充有水介质，用以模拟试件在两面处于水中状态下的冲击爆炸试验；所述水靶管的管体上还具有进水口、排水口、充气口、起爆口、温度计与压力表口、压电传感器接口、引线接口。

2.如权利要求1所述的一种水中冲击爆炸复合加载的激波管实验装置，其特征在于：所述观察管的管体上还具有进水口、排水口、压力表口、压电传感器接口、引线接口。