CN109490106A - 一种低速撞击加载下药柱端面应力测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低速撞击加载下药柱端面应力测量装置，解决了目前测量装置无法准确测量试样变形端面时所受瞬时应力及应力随时间的变化率的不足，本发明由击杆1、压力传感器2、传力转接件3、约束套管4、试样5、底座6组成，压力传感器与药柱初始变形位置在同一侧，样品外径与约束套管内直径紧密配合，各传力截面尺寸及轴线一致，试验过程样品受力稳定，本发明可用于脆性及粘弹性药柱低速落锤撞击加载下端面应力测量。

Description

一种低速撞击加载下药柱端面应力测量装置
技术领域
本发明属于火炸药安全性能评估技术领域，涉及一种低速撞击加载下药柱端面应力测量装置。
背景技术
测量低速撞击加载下药柱的应力变化过程，对研究试样的反应状态，药柱的钝感机理都有重要意义。
目前国内对于低速撞击加载下药柱的应力变化测量主要由两种方式。
一种采用的是力传感器，如文献《发射药落锤撞击试验及评价方法研究》介绍，一定质量的落锤(本次试验选用5kg的落锤)从某高度(0～100cm)自由滑落，以一定的动态撞击能作用于安装发射药粒的工装上，并传递给发射药粒，用工装底部的力传感器检测发射药粒受到的力值变化过程，获得撞击瞬间药粒所受到的轴向力值变化过程(F-t)曲线。在这种试验条件下，套管大于样品直径，样品处于非约束状态，低速撞击下，根据动态受力过程及试验现象，药柱首先放生破裂变形的为上端面，根据材料应力等于模量与应变的乘积，相同材料其变形越大时所受应力越大，撞击瞬间药柱上部受力远远大于底部受力，但传感器位于底部，药柱初始受力变形位置与传感器位置不在同一端，所测应力为底部应力，由于样品自身变形，大大拉长了药柱下端面应力上升时间。根据试验研究，引起药柱发生反应主要是应力集中及应力随时间的变化率，采用这种试验装置获取的应力值及应力率均小于试样变形端面的实际情况。
另一种采用的是应变片传感器。测量装置主要由试样套管，击柱，试样，标准钢块，应变片等部件构成，装置测量原理是，试样安装在强约束套管中，试样上下各放置有一个击柱，标准钢块放置在最下面击柱的下方，其中击柱的横截面为圆形，标准钢块的横截面为六边形，在标准钢块的侧面上粘贴有应变片，应变片连接在动态应变放大仪上，动态应变放大仪器连接在高速数据采集仪上，上述试验装置，测得的药柱撞击过程的应力是根据标准钢块上应变片粘贴位置的应变数据计算的。这种装置测得的药柱撞击过程的应力，是计算值，根据材料的弹性模量计算得到；标准钢块受力与药柱实际受力方向不一致；标准钢块与药柱的截面形状及尺寸不一致，标准钢块端面受力不平均，影响压力测量；测量结果和试验者的操作水平有很大关系，如应变片粘贴位置，粘接剂选择，粘贴方向，贴片后的固化技术等，试验后传感器无法二次校准，数据可信度低。
实际药柱使用中，均严密装在炮弹壳体内，装卸吊运中意外坠落，发生燃爆事故多是瞬态过程，药柱瞬态受到非常快的应力作用，且应力集中在发生易变形位置。上述两种应力变化测量装置，均不能准确可靠的测量药柱在低速落锤撞击过程中的应力变化。
发明内容
为解决上述低速撞击加载下药柱的应力变化测量装置的不足，获取样品在低速撞击瞬间应力值，及应力上升时间。本发明提供一种低速撞击加载下药柱端面应力测量装置，由击杆1、压力传感器2、传力转接件3、约束套管4、试样5、底座6组成；
安装时将底座6放置在工作台上，约束套管4有螺纹的一端旋拧在底座6上、试样5放置在约束套管4内，传力转接件3小圆柱一端放置于约束套管4内，传力转接件3小圆柱端面与试样5同轴接接触，压力传感器2放置于传力转接件3大圆柱一端的圆形凹槽内，击杆1放置于压力传感器2上，压力传感器2的轴线、击杆1轴线及试样5轴线共线，压力传感器2敏感面与传力转接件3大圆柱一端的圆形凹槽面接触；
试验时，试样5外直径与约束套管4内直径紧密配合；击杆1端面、压力传感器2端面与敏感面及试样5端面同轴且端面尺寸一致；
底座6为横截面为正六边形的柱体，外接圆直径80mm～85mm，一端有直径50mm，齿距1mm～1.5mm的螺纹孔，深度10mm～15mm；试样5直径5mm～15mm，高度25mm～30mm；约束套管4为圆管结构，约束套管4一端有外螺纹，外螺纹直径50mm，齿距1mm～1.5mm，约束套管4高度40mm～50mm，内孔直径5mm～15mm；传力转接件3为两段圆柱结构，一段直径5mm～15mm，长度25mm～45mm，另一段直径10mm～25mm，长度10mm～20mm，在较大圆柱端面中心有一圆槽，直径5mm～15mm，圆槽轴线与传力转接件轴线共线，在端面，在较大圆柱端面有一截面为半圆横槽，横槽轴线与传力转接件轴线相交并垂直；击杆1直径5mm～15mm；压力传感器2为圆柱结构，一端为敏感面，一端为端面，两面直径5mm～15mm。
本发明的有益效果体现在以下几个方面。
(1)压力传感器与药柱初始变形位置在同一侧，测力在起始惯性位置侧，测的应力为样品端面压缩变化时产生的应力。
(2)试验过程样品外径与约束套管4内直径紧密配合，保证试验过程样品受力稳定，撞击过程样品不产生横向变形，仅在轴向压缩变形。
(3)各传力截面尺寸一致，轴线一致，保证试验过程样品受力稳定、避免落锤动态加载下出现瞬态横向应力波及剪切惯性影响，保证各接触受力面不产生变径，为一维撞击试验。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为一种低速撞击加载下药柱端面应力测量装置剖面图。
图2为图1中部件6的俯视图。
具体实施方式
图1所示，为一种低速撞击加载下药柱端面应力测量装置剖面图，安装时将底座6放置在工作台上，约束套管4有螺纹的一端旋拧在底座6上、试样5放置在约束套管4内，传力转接件3小圆柱一端放置于约束套管4内，传力转接件3小圆柱端面与试样5同轴接接触，压力传感器2放置于传力转接件3大圆柱一端的圆形凹槽内，击杆1放置于压力传感器2上，压力传感器2的轴线、击杆1轴线及试样5轴线共线；试验时，试样5外直径与约束套管4内直径紧密配合；击杆1端面、压力传感器2端面与敏感面及试样5端面同轴且端面尺寸一致，压力传感器2敏感面与传力转接件3大圆柱一端的圆形凹槽面接触；
将上述装配好的部件放置于落锤的下端，然后释放落锤，落锤撞击击杆1，完成一次低速落锤撞击加载下药柱应力测量试验，所述测量装置中压力传感器2的输出信号经外接的数据采集仪采集并计算。
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
试样选取压装B炸药，药柱尺寸分别为Φ15×30mm、Φ10×30mm、Φ5×30mm，试验温度23℃、相对湿度52％，30kg落锤，选取落高为300mm，装配方式如具体实施方式所述，试验结果见表1。
表1不同尺寸炸药试验撞击过程所受峰值压力
尺寸 牛顿N 压力上升时间μs 密度，g/cm<sup>3</sup>
Φ15×30mm 8687 21 1.686
Φ15×30mm 8062 18 1.687
Φ15×30mm 8656 20 1.687
Φ10×30mm 13312 20 1.693
Φ10×30mm 13312 19 1.693
Φ10×30mm 13249 19 1.693
Φ5×30mm 19061 18 1.680
Φ5×30mm 21249 18 1.678
Φ5×30mm 20624 20 1.681

Claims (3)

1.一种低速撞击加载下药柱端面应力测量装置，其特征在于由击杆(1)、压力传感器(2)、传力转接件(3)、约束套管(4)、试样(5)、底座(6)组成；底座(6)放置在工作台上，约束套管(4)有螺纹的一端旋拧在底座(6)上、试样(5)放置在约束套管(4)内，传力转接件(3)小圆柱一端放置于约束套管(4)内，传力转接件(3)小圆柱端面与试样(5)同轴接接触，压力传感器(2)放置于传力转接件(3)大圆柱一端的圆形凹槽内，击杆(1)放置于压力传感器(2)上，压力传感器(2)的轴线、击杆(1)轴线及试样(5)轴线共线，压力传感器(2)敏感面与传力转接件(3)大圆柱一端的圆形凹槽面接触，试验时，试样(5)外直径与约束套管(4)内直径紧密配合，击杆(1)端面、压力传感器(2)端面与敏感面及试样(5)端面同轴且端面尺寸一致。
2.根据权利要求1所述的一种低速撞击加载下药柱端面应力测量装置，其特征在于底座(6)为横截面为正六边形的柱体，外接圆直径80mm～85mm，一端有直径50mm，齿距1mm～1.5mm的螺纹孔，深度10mm～15mm；试样(5)直径5mm～15mm，高度25mm～30mm；约束套管(4)为圆管结构，约束套管(4)一端有外螺纹，外螺纹直径50mm，齿距1mm～1.5mm，约束套管(4)高度40mm～50mm，内孔直径5mm～15mm；传力转接件(3)为两段圆柱结构，一段直径5mm～15mm，长度25mm～45mm，另一段直径10mm～25mm，长度10mm～20mm，在较大圆柱端面中心有一圆槽，直径5mm～15mm，圆槽轴线与传力转接件轴线共线，在端面，在较大圆柱端面有一截面为半圆横槽，横槽轴线与传力转接件轴线相交并垂直；击杆(1)直径5mm～15mm；压力传感器(2)为圆柱结构，一端为敏感面，一端为端面，两面直径5mm～15mm。
3.根据权利要求2所述的一种低速撞击加载下药柱端面应力测量装置，其特征在于所述的压力传感器(2)，量程0～60000N。
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