CN109001055B - 冲击加载实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冲击加载实验装置，其包括：加载平台、气罐和破膜装置；气罐的内腔从下到上分隔为第一气体室和第二气体室，第一气体室装载高压气体，第二气体室设有喷气口；破膜装置包括膜片和针刺，膜片分隔第一气体室和第二气体室，针刺用于刺穿所述膜片；加载平台用于承载圆环状的待抛撒物质，其包括上透明面板和下透明面板，下透明面板开设通孔，通孔对准喷气口，所述上透明面板和下透明面板之间的间距不超过10mm。本发明采用准二维结构的装药方式，对待抛撒物质进行瞬时的径向冲击加载，能观察到颗粒抛散的整个运动过程。

Description

冲击加载实验装置
技术领域
本发明涉及一种冲击加载实验装置。
背景技术
径向冲击载荷作用下的颗粒环内外界面会出现射流状的失稳结构。这种界面失稳的结构在很多自然现象中观察到，比如超新星爆炸、火山喷发等。而且颗粒物质的抛撒、分散不管是在民用工程还是国防军事方面都有广泛的应用，比如超细粉磨灭火剂、粉尘爆炸、高密度惰性金属炸药、云爆弹等。这些民用和军事工程都涉及到很多基础科学问题，而其中最为核心的问题就是颗粒物质在发散冲击载荷的作用下的界面失稳问题，因此，对该问题的探索与理解，是促进上述民用和军事工程发展的关键。
目前颗粒环射流失稳的实验研究大多集中在中心爆炸载荷驱动形成颗粒射流方面。现有的冲击加载实验装置采用球形或柱形装药的方式，通过高速摄像或者X射线高速摄影技术观测颗粒环中的颗粒完全分散失稳分散后的射流结构，但却无法观察到颗粒环射流的发端和前期成长的过程。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种能观察到颗粒抛散的整个运动过程的冲击加载实验装置。
本发明提供一种冲击加载实验装置，其包括：加载平台、气罐和破膜装置；
所述气罐的内腔从下到上依次分隔为第一气体室和第二气体室，所述第一气体室用于装载高压气体，所述第二气体室背离所述第一气体室的一侧设有喷气口；
所述破膜装置包括膜片和针刺，所述膜片设置在所述第一气体室和第二气体室之间，用于分隔所述第一气体室和第二气体室，所述针刺容置于所述第一气体室或第二气体室中，用于刺穿所述膜片；
所述加载平台用于承载圆环状的待抛撒物质，包括相互平行间隔设置的上透明面板和下透明面板，所述下透明面板开设通孔，所述通孔对准所述喷气口，所述上透明面板和下透明面板之间的间距不超过10mm。
优选地，所述气罐部分插设于所述通孔内，所述喷气口位于所述通孔内。
优选地，所述上透明面板和下透明面板均为有机玻璃板。
优选地，所述冲击加载实验装置还包括第一法兰和第二法兰，所述第一法兰和第二法兰固定在所述气罐上，用于将膜片固定在所述第一气体室和第二气体室之间。
优选地，所述第一法兰和第二法兰通过螺栓连接固定。
优选地，所述针刺为L型结构，所述针刺的尖端靠近所述膜片。
优选地，所述加载平台还包括垫片，所述垫片设置在所述上透明面板与下透明面板之间，用于将所述上透明面板与下透明面板分隔开以形成容置待抛撒物质的间隙。
优选地，所述冲击加载实验装置还包括支撑装置，所述支撑装置与下透明面板连接，所述支撑装置用于支撑所述冲击加载实验装置。
与现有技术相比，本发明提供一种冲击加载实验装置，采用准二维结构的装药方式，对固体颗粒、液体或固液混合物进行瞬时的径向冲击加载，从而能够观察到颗粒抛散的整个运动过程，冲击加载时间在1ms左右，并且加载压力的最大值可调控，重复性好。
附图说明
图1为本发明的一实施例提供的冲击加载实验装置的结构示意图。
图2为本发明的一实施例提供的待抛撒物质的结构示意图。
图3为本发明的一实施例提供的冲击加载实验装置的气体出气口处的压力测试图。
主要元件符号说明：
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的技术手段的名称只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1，本发明提供一种冲击加载实验装置100，其包括：加载平台10、气罐80和破膜装置40。所述气罐80设置于所述加载平台10下方。所述破膜装置40设置于所述气罐80上。
所述气罐80的内腔从下到上依次分隔为第一气体室20和第二气体室30。所述第一气体室20用于装载高压气体。所述第二气体室30背离所述第一气体室20的一侧设有喷气口31。
所述破膜装置40包括膜片41和针刺42。所述膜片41设置在所述第一气体室20与第二气体室30之间，所述膜片41用于隔开所述第一气体室20与第二气体室30。所述针刺42容置于所述第一气体室20或第二气体室30中，用于刺穿所述膜片41。本实施例中，所述针刺42容置于所述第一气体室20中。
所述加载平台10用于承载圆环状的待抛撒物质200。所述加载平台10包括相互平行间隔设置的上透明面板11和下透明面板12。所述下透明面板12开设通孔，所述通孔对准所述喷气口31。所述待抛撒物质放置在所述上透明面板11和下透明面板12之间，所述待抛撒物质200的内环对准所述喷气口31。所述圆环状的待抛撒物质的厚度与所述上透明面板11和下透明面板12之间的间距相等，间距不超过10mm。由于圆环状的待抛散物质200的厚度小于10mm，很薄，因此视为准二维结构。使用时，高压气体从喷气口31喷出后，形成冲击波，推动待抛散物质200向四周进行径向运动。
优选地，所述气罐80部分插设于所述通孔内，所述喷气口31位于所述通孔内。本实施例中，所述气罐80的顶部完全敞开并形成喷气口31。可以理解的是，在其它实施例中，所述气罐的顶部不敞开，气罐的顶部开设喷气口即可。
优选地，所述上透明面板11和下透明面板12均为有机玻璃板。有机玻璃板具有较好的透明度和强度，可以满足本发明的冲击加载实验要求，因此所述上透明面板11和下透明面板12均采用有机玻璃材质。在其它实施例中，所述上透明面板11和下透明面板12可以采用其它材质。
优选地，所述加载平台10还包括垫片13，所述垫片13设置在所述上透明面板11和下透明面板12之间，用于将所述上透明面板11和下透明面板12分隔开以形成容置待抛撒物质200的间隙。
优选地，所述冲击加载实验装置100还包括第一法兰50和第二法兰60，所述第一法兰50和第二法兰60固定在所述气罐80上，用于将膜片41固定在所述第一气体室20和第二气体室30之间。所述膜片41设置于所述第一法兰50与第二法兰60之间。所述第一法兰50与第二法兰60再通过螺栓101连接固定。可以理解的是，在其它实施例中，所述第一法兰50与第二法兰60可以通过其它方式连接固定，将膜片41夹紧固定即可。
优选地，所述针刺42为L型结构，所述针刺42包括针头421和针柄422，所述针头421为针刺的尖端，所述针头421靠近所述膜片41。本实施例中，针柄422向外延伸出气罐80之外，当向下拨动针柄422时，针头421会向上运动并刺破膜片41。
优选地，所述冲击加载实验装置100还包括支撑装置70，所述支撑装置70包括四个支撑杆71和支撑底板72，每个支撑杆71的一端与下透明面板12连接，另一端与支撑底板72连接。支撑装置70用于支撑整个冲击加载实验装置100。
所述冲击加载实验装置100的装配和操作的具体过程如下：
采用面粉颗粒作为待抛撒物质200，面粉颗粒粒径为125μm，请参阅图2，将面粉颗粒堆积制备成圆环状，内外径分别为20mm和60mm，高度为4mm，将待抛撒物质200放置在下透明面板12的平面中心处，使其内环对准所述喷气口31；
在下透明面板12的四周放上厚度为4mm的垫片13，将上透明面板11固定设置在所述下透明面板12的上方，并将所述上透明面板11贴近待抛撒物质200；
将膜片41放置在第一法兰50和第二法兰60之间，并用螺栓101将第一法兰50和第二法兰60连接固定；
向第一气体室20的内部冲入气压为0.25Mpa的高压气体；
向下拨动针柄422，使针头421向上运动并刺破所述第一气体室20和第二气体室30之间的膜片41，所述第一气体室20内部的高压气体依次通过所述膜片41和第二气体室30从所述喷气口31喷出，形成冲击波，从而推动待抛撒物质200向四周做径向的抛撒运动。
请参阅图3，图3为冲击加载实验装置100的喷气口31处的压力测试图。当向第一气体室20内冲入不同的高压气体时，喷气口31处所测得的压力也不同，对待抛散物质200的冲击加载为瞬时高压加载，加载时间在1ms左右。
本实施例提供的冲击加载实验装置100，采用准二维结构的装药方式，对固体颗粒、液体或固液混合物进行瞬时的径向冲击加载，从而能够观察到颗粒抛散的整个运动过程，冲击加载时间在1ms左右，并且加载压力的最大值可调控，重复性好。
以上实施方式仅是用于解释权利要求书。然本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种冲击加载实验装置，其特征在于，包括：加载平台、气罐和破膜装置；
所述气罐的内腔从下到上依次分隔为第一气体室和第二气体室，所述第一气体室用于装载高压气体，所述第二气体室背离所述第一气体室的一侧设有喷气口；
所述破膜装置包括膜片和针刺，所述膜片设置在所述第一气体室和第二气体室之间，用于分隔所述第一气体室和第二气体室，所述针刺容置于所述第一气体室或第二气体室中，用于刺穿所述膜片；
所述加载平台用于承载圆环状的待抛撒物质，包括相互平行间隔设置的上透明面板和下透明面板，所述下透明面板开设通孔，所述通孔对准所述喷气口，所述上透明面板和下透明面板之间的间距不超过10mm。
2.如权利要求1所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述气罐部分插设于所述通孔内，所述喷气口位于所述通孔内。
3.如权利要求1所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述上透明面板和下透明面板均为有机玻璃板。
4.如权利要求1所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述冲击加载实验装置还包括第一法兰和第二法兰，所述第一法兰和第二法兰固定在所述气罐上，用于将所述膜片固定在所述第一气体室和第二气体室之间。
5.如权利要求4所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述第一法兰和第二法兰通过螺栓连接固定。
6.如权利要求1所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述针刺为L型结构，所述针刺的尖端靠近所述膜片。
7.如权利要求1所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述加载平台还包括垫片，所述垫片设置在所述上透明面板与下透明面板之间，用于将所述上透明面板与下透明面板分隔开以形成容置待抛撒物质的间隙。
8.如权利要求1所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述冲击加载实验装置还包括支撑装置，所述支撑装置与下透明面板连接，所述支撑装置用于支撑所述冲击加载实验装置。
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