CN109187913B - 一种圆筒试验简易测试装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种圆筒试验简易测试装置，避免了常规圆筒试验光测法带来的试验系统复杂、周期长的问题。本申请主要由上定位盘、下定位盘、连接螺柱、电探针组成，采用电探针获得圆筒壁膨胀不同距离的时刻，实现炸药爆炸对金属加速作功过程的测量，具有系统简单、试验周期短、低成本的优点。
Description
技术领域
本申请属于火炸药爆轰性能测试与评价技术领域，涉及一种圆筒试验简易测试装置，适用于炸药爆炸对金属加速作功能力的评价。
背景技术
圆筒试验是评估炸药对金属加速作功能力的标准方法之一，是由美国劳伦斯-利弗莫尔(Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL)国家实验室最先建立起来，我国在70年代建立了圆筒试验并一直沿用至今。圆筒试验是将炸药装入金属铜圆筒内，在其一端起爆，炸药爆轰释放的能量不断地传递给金属圆筒壁，使其不断加速、膨胀，直至破裂，采用高速扫面相机拍摄圆筒壁加速膨胀的运动轨迹，可以获得爆轰对金属筒壁加速膨胀运动的整个过程。圆筒试验发展至今，测试精度与稳定性大大提高，已广泛用于给类炸药的爆轰性能的评价。
由于圆筒试验的模型更加接近实际情况，可以直接指导炸药在战斗部中的应用，因此炸药研究过程圆筒试验有很大的实验需求。但圆筒试验系统复杂，对仪器要求很高，需要时间和空间分辨率很高的高速相机及光源等配套设备，光路与仪器调试耗时费力，试验周期较长；同时对试验环境也有较高要求，一般实验室不具备实验条件，难以广泛推广，与实际需求存在较大矛盾。爆轰试验中使用的电探针是一种典型的接触测量元件，响应速度达到纳秒量级，可用于测量爆轰阵面、冲击波阵面或运动物体表面到达预定位置的时间。《爆轰实验中接触测量与非接触测量的应用对比》，太赫兹科学与电子信息学报，2014，12(5):775-778.中，对比了接触式电探针和非接触式VISAR的飞片试验测试结果，结果表明光杆电探针并未对飞片的整体飞行产生明显影响，间接证明电探针用于圆筒试验中圆筒壁膨胀不同距离的时刻的可行性。《内部爆炸作用下钢筒变形过程的电探针测量技术》，爆炸与冲击，2014，34(1):115-119.中，公开了一种电探针测量内部爆炸作用下钢筒变形的方法，采用电探针对钢筒(两端开口)爆心截面处外壁环向不同位置的变形量进行分时测量，得到爆心截面处钢筒的变形过程，但其探针定位环直接固定在装药钢筒上，钢筒的变形会使探针位置发生外移，所测时间大于实际到达时间，导致测量误差较大，这也是文中后几个测点与数值模拟结果偏离较大的根本原因，若用于容易膨胀的铜圆筒，试验结果的准确性将难以保证。
综上所述，现有技术存在以下不足：(1)光测法圆筒试验系统复杂，对试验环境也有较高要求，光路调试以及数据处理耗时费力，试验周期较长，同难以广泛推广应用；(2)现有采用探针测量金属膨胀的方法，探针定位精度难以保证，探针定位距离易受圆筒膨胀的影响，测量准确性不高。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本申请的目的在于提供一种圆筒试验简易测试装置，下定位盘、固定螺柱、上定位盘、电探针组成；所述下定位盘为有机玻璃制成的圆盘，直径200mm～250mm、厚度为8mm～12mm，在直径为180mm～220mm的圆盘同心圆上均布5个通孔，相邻通孔轴心间距72°，用于连接固定螺柱，通孔直径6mm～9mm，下定位盘中心位置有一向上凸出的圆筒定位套，圆筒定位套内径30.5mm、外径40mm～42mm、凸出高度15mm～20mm、内部深度20mm～25mm；所述固定螺柱共有5个，为硬铝制成两端细中间粗的圆柱体，两端为M6～M8的螺柱，螺纹高度16mm～18mm，中间圆柱体直径15mm～20mm、高度86mm～88mm，固定螺柱两端分别穿过下定位盘和上定位盘上均布的5个通孔后通过螺母固定；所述上定位盘为硬铝制成的圆环形，外径200mm～250mm、内径140mm～180mm，在直径为180mm～220mm的圆环同心圆上均布5个通孔，相邻通孔轴心间距72°，用于连接固定螺柱，在直径为160mm～200mm的上定位盘同心圆上均布10个探针压块，相邻探针压块中心间隔36°，用于电探针的固定，探针压块为有机玻璃制成的长方体，以底面左右轴线为轴心有一个前后贯通的半圆形凹槽，凹槽半径比所选电探针直径小0.3mm～0.5mm，探针压块左右对称位置有两个直径3.5mm的上下通孔，用M3的螺钉穿过通孔后将探针压块固定在上定位盘上，两通孔圆心间距10mm～12mm，通孔上端有45°倒角；电探针直径小于3mm，长度大于50mm。
测量时，将固定螺柱两端分别穿过下定位盘和上定位盘上均布的5个通孔后通过螺母拧紧固定，将固定好的定位盘放置水平，拧松用于固定上定位盘上10个探针压块的螺钉，保持探针压块与上定位盘的连接状态；将测试的装药圆筒插入下定位盘的圆筒定位套中，用快速固化胶固定；依次将电探针以指向圆筒的方向穿过探针压块底部的半圆形凹槽，根据试验需要的测量距离，采用标准量块进行电探针端头与圆筒外壁的间距的定位，卡紧后紧固探针压块上的螺钉将电探针固定好；将电探针输出线缆连接高速数采，起爆圆筒装药，完成圆筒试验测试。
本申请的优点如下：(1)采用电探针实现了圆筒试验过程金属圆筒膨胀过程的准确测量，系统构成简单，可实现现场快速装配，提高实验效率，降低试验成本，便于推广应用；(2)提高探针定位精度，并利用不同材料的强度差异解决了测试过程中圆筒膨胀对探针定位距离的影响，保证试验可靠性与测量精度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细说明。
图1是圆筒试验简易测试装置的结构图。
图2是图1中部件1的结构图。
图3是图1中部件3的结构图。
图4是图3中部件3-2的结构图。
图5是采用本申请进行圆筒试验的装配示意图。图中，1-下定位盘，2-固定螺柱，3-上定位盘，4-电探针，5-圆筒，6-炸药试样。
图6是本申请实施例1的测试结果曲线。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。
实施例1
参照图1至图5，本实施例给出一种圆筒试验简易测试装置的具体结构装配以及使用实例。该圆筒试验简易测试装置至少包括有下定位盘1、固定螺柱2、上定位盘3、电探针4。
参照图2，下定位盘1为有机玻璃制成的圆盘，直径220mm、厚度为10mm，在直径为200mm的圆盘同心圆上均布5个通孔，相邻通孔轴心间距72°，用于连接固定螺柱2，通孔直径6.5mm，下定位盘1中心位置有一向上凸出的圆筒定位套1-1，圆筒定位套1-1内径30.5mm、外径40mm、凸出高度15、内部深度20mm。
参照图1，固定螺柱2共有5个，为硬铝制成两端细中间粗的圆柱体，两端为M6的螺柱，螺纹高度16mm，中间圆柱体直径15mm、高度88mm，固定螺柱2两端分别穿过下定位盘1和上定位盘3上均布的5个通孔后通过螺母固定。
参照图3与图4，上定位盘3为硬铝制成的圆环形，外径220mm、内径160mm，在直径为200mm的圆环同心圆上均布5个通孔，相邻通孔轴心间距72°，用于连接固定螺柱2，在直径为170mm的上定位盘3同心圆上均布10个探针压块3-1，相邻探针压块3-1中心间隔36°，用于电探针4的固定，探针压块3-1为有机玻璃制成的长方体，长20mm、宽6mm、高8mm，以底面左右轴线为轴心有一个前后贯通的半圆形凹槽，凹槽半径1.6mm，探针压块3-1左右对称位置有两个直径3.5mm的上下通孔，用M3的螺钉穿过通孔后将探针压块3-1固定在上定位盘3上，两通孔圆心间距10mm，通孔上端有45°倒角
电探针4选用直径1.63mm(0.064inch)、长度76.2mm(3inch)的压电探针。
参照图5，使用时，固定螺柱2两端分别穿过下定位盘1和上定位盘2上均布的5个通孔后通过螺母拧紧固定，将固定好的定位盘放置水平，拧松用于固定上定位盘3上10个探针压块3-1的螺钉，保持探针压块3-1与上定位盘3的连接状态；将测试的圆筒5插入下定位盘1的圆筒定位套1-1中，用快速固化胶固定；依次将电探针4以指向圆筒5的方向穿过探针压块3-1底部的半圆形凹槽，根据试验需要的测量距离，采用标准量块进行电探针4端头与圆筒5外壁的间距的定位，卡紧后紧固探针压块3-1上的螺钉将电探针4固定好；将电探针4输出线缆连接高速数采，起爆炸药试样6，完成圆筒试验测试。
利用上述制造的圆筒试验简易测试装置进行铸装TNT的标准圆筒试验测量。装药圆筒选用GJB772A-97方法705.2要求相同的TU1无氧纯铜制圆筒，圆筒内径25.4mm、外径30.4mm、长度305mm，TNT采用熔铸工艺装入圆筒，装药密度1.627g/cm3。参照图5，完成圆筒试验简易测试装置的装配，探针定位距圆筒外壁距离分别为3mm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、18mm、20mm、23mm、25mm，将探针输出数据线与高速数采相连，设置采样频率50MHz，上端起爆TNT装药，得到圆筒壁膨胀运动距离与时间的关系曲线，通过曲线对时间求导并拟合得到圆筒壁膨胀速度与距离的关系曲线，如图6所示，从图中读出膨胀距离(R-R0)＝19mm处的圆筒壁膨胀速度为1.396km/s，与国军标GJB772A-97方法705.2中规定的TNT标准值一致(密度1.620～1.635g/cm3，膨胀距离19mm处的圆筒壁速度为1.385～1.400km/s)。
Claims (1)
1.一种圆筒试验简易测试装置，其特征在于：由下定位盘(1)、固定螺柱(2)、上定位盘(3)、电探针(4)组成；所述下定位盘(1)为有机玻璃制成的圆盘，直径200mm～250mm、厚度为8mm～12mm，在直径为180mm～220mm的圆盘同心圆上均布5个通孔，相邻通孔轴心间距72°，用于连接固定螺柱(2)，通孔直径6mm～9mm，下定位盘(1)中心位置有一向上凸出的圆筒定位套(1-1)，圆筒定位套(1-1)内径30.5mm、外径40mm～42mm、凸出高度15mm～20mm、内部深度20mm～25mm；所述固定螺柱(2)共有5个，为硬铝制成两端细中间粗的圆柱体，两端为M6～M8的螺柱，螺纹高度16mm～18mm，中间圆柱体直径15mm～20mm、高度86mm～88mm，固定螺柱(2)两端分别穿过下定位盘(1)和上定位盘(3)上均布的5个通孔后通过螺母固定；所述上定位盘(3)为硬铝制成的圆环形，外径200mm～250mm、内径140mm～180mm，在直径为180mm～220mm的圆环同心圆上均布5个通孔，相邻通孔轴心间距72°，用于连接固定螺柱(2)，在直径为160mm～200mm的上定位盘(3)同心圆上均布10个探针压块(3-1)，相邻探针压块(3-1)中心间隔36°，用于电探针(4)的固定，探针压块(3-1)为有机玻璃制成的长方体，以底面左右轴线为轴心有一个前后贯通的半圆形凹槽，凹槽半径比所选电探针直径小0.3mm～0.5mm，探针压块(3-1)左右对称位置有两个直径3.5mm的上下通孔，用M3的螺钉穿过通孔后将探针压块(3-1)固定在上定位盘(3)上，两通孔圆心间距10mm～12mm，通孔上端有45°倒角；所述电探针(4)直径小于3mm，长度大于50mm。
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