CN112285014A - 一种互换式落锤撞击加载装置及试验方法 - Google Patents

一种互换式落锤撞击加载装置及试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种互换式落锤撞击加载装置及试验方法，包括高速摄影相机，还包括落锤加载部和底座加载部，落锤加载部和底座加载部能够互换；落锤加载部包括落锤，落锤上安装有照明灯和第一钢化玻璃加载柱；底座加载部包括底座，底座上安装有反光镜和第二钢化玻璃加载柱。本发明的结构保留了传统落锤撞击感度试验仪的基本原理，其特点是落锤和底座可以互换，在力学加载过程中，该结构可获取样品上下两个表面的力‑化学响应规律，扩展了现有落锤撞击结构只能获取样品底面力‑化学响应规律的不足，特别是对于大尺寸试验样品，该结构能够更为准确的掌握样品在落锤撞击下的力‑化学响应规律。

Description

一种互换式落锤撞击加载装置及试验方法
技术领域
本发明属于炸药领域，涉及炸药撞击感度测试，具体涉及一种互换式落锤撞击加载装置及试验方法。
背景技术
炸药无论是工程应用还是武器发射过程中都将经历复杂的应力状态，这些受力过程包括压缩、剪切、摩擦、粘塑性流动等，这些刺激可能提供足够的热能，使得炸药内部或者表面形成热点，并进一步导致炸药发生点火、燃烧甚至爆炸等剧烈的化学反应。
落锤试验仪是炸药感度及相关研究中常常采用的一种方式。基于不同研究目的，国内外已经设计出了各种不同类型的落锤。英国卡文迪许试验室的 Heavens和Field通过对落锤和基座的改造，并引入了高速摄影仪来研究样品在加载过程中的响应规律。北京理工大学的吴艳青等人研制了一套类似的试验设备，并增加了温度控制装置，通过此系统可以完成样品的初始温度的设置，获取不同初温下样品的响应规律。
炸药在力学加载下响应图像的获取对于认识炸药的点火机理，建立点火模型进而评价炸药的安全性有重要意义。Heavens和吴艳青等人的试验装置可获的小颗粒样品在落锤撞击下的力-化学响应过程图像，而对于大颗粒，样品上表面和下表面的接触力完全不同。试验样品的尺寸效应导致其在落锤加载下上下表面呈现出不同的响应规律，因此有必要发展相应的试验设备。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种互换式落锤撞击加载装置及试验方法，解决现有技术中的结构获取的样品在落锤撞击下的力-化学响应规律的准确性不足的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种互换式落锤撞击加载装置，包括高速摄影相机，还包括落锤加载部和底座加载部，落锤加载部和底座加载部能够互换；
所述的落锤加载部包括落锤，所述的落锤包括顶板，顶板底部一体化固定设置有第一承力柱；
所述的第一承力柱内开设有同轴设置且连通的照明腔和第一安装腔，照明腔位于顶板与第一安装腔之间，第一安装腔的内径大于照明腔的内径，第一安装腔的底端开放；
所述的照明腔内安装有照明灯；
所述的第一安装腔内安装有第一钢化玻璃加载柱；
所述的底座加载部包括底座，所述的底座包括底板，底板上安装有反光镜安装座，反光镜安装座上固定安装有第二承力柱；
所述的第二承力柱内开设有同轴设置且连通的的通光腔和第二安装腔，通光腔的底端开放，第二安装腔的顶端开放，第二安装腔的内径大于通光腔的内径；
所述的反光镜安装座上安装有反光镜，反光镜位于通光腔的底部，通光腔的轴向投影全部落在反光镜内，反光镜的一侧设置有与反光镜相配套的高速摄影相机；
所述的第二安装腔内安装有第二钢化玻璃加载柱。
本发明还具有如下技术特征：
所述的落锤加载部和底座加载部的重量相同，所述的落锤加载部和底座加载部能够互换并实现相同的力学加载状态，互换之前通过高速摄影相机的高速摄影能够获取试验样品在加载过程中下表面的力-化学响应图像，互换后通过高速摄影相机的高速摄影能够获取试验样品上表面的力-化学响应图像。
所述的照明灯为LED灯。
所述的第一钢化玻璃加载柱的外径和所述的第二钢化玻璃加载柱之间设置有试验样品。
所述的第一钢化玻璃加载柱的外径和所述的第二钢化玻璃加载柱的外径相等。
所述的第一钢化玻璃加载柱的端部伸出至第一安装腔外，所述的第二钢化玻璃加载柱的端部嵌入在第二安装腔内。
所述的第二安装腔的顶端设置有敞口。
所述的第一安装腔的内顶壁与第一钢化玻璃加载柱之间设置有铜片，第一钢化玻璃加载柱与第一安装腔的内侧壁接触的侧壁上设置有硅橡胶层；所述的第二安装腔的内底壁与第二钢化玻璃加载柱之间设置有铜片，第二钢化玻璃加载柱与第二安装腔的内侧壁接触的侧壁上设置有硅橡胶层。
本发明还保护一种互换式落锤撞击加载装置的试验方法，该方法采用如上所述的互换式落锤撞击加载装置。
具体的，该方法包括以下步骤：
步骤一，将照明灯、铜片依次安装在落锤上；
步骤二，将硅橡胶涂在第一钢化玻璃加载柱的周围，形成硅橡胶层，并将第一钢化玻璃加载柱安装在落锤上；
步骤三，采用与步骤二相同的方法安装好底座上的第二钢化玻璃加载柱；
步骤四，安装好底座上的反光镜；
步骤五，依据试验要求，放置好试验样品，将落锤加载部提高到设定的高度，并打开高速摄影相机，释放落锤加载部的同时开启高速摄影相机进行高速摄影，读取高速摄影中的数据；
步骤六，互换落锤加载部和底座加载部，依据试验要求，放置好同样的试验样品，将底座加载部提高到设定的高度，并打开高速摄影相机，释放底座加载部的同时开启高速摄影相机进行高速摄影，读取高速摄影中的数据。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明的结构保留了传统落锤撞击感度试验仪的基本原理，其特点是落锤和底座可以互换，在力学加载过程中，该结构可获取样品上下两个表面的力-化学响应规律，扩展了现有落锤撞击结构只能获取样品底面力-化学响应规律的不足，特别是对于大尺寸试验样品，该结构能够更为准确的掌握样品在落锤撞击下的力-化学响应规律。
(Ⅱ)本发明的试验方法简单、安全，大幅提高了试验的准确性。
附图说明
图1为本发明的互换式落锤撞击结构互换前的整体结构示意图。
图2为本发明的互换式落锤撞击结构互换后的整体结构示意图。
图3为实施例3获取的试验响应图像。
图4为实施例4获取的试验响应图像。
图5为实施例5获取的试验响应图像。
图中各个标号的含义为：1-高速摄影相机，2-落锤加载部，3-底座加载部， 4-试验样品，5-铜片，6-硅橡胶层；
201-落锤，202-照明灯，203-第一钢化玻璃加载柱；
20101-顶板，20102-第一承力柱，20103-照明腔，20104-第一安装腔；
301-底座，302-反光镜，303-第二钢化玻璃加载柱；
30101-底板，30102-反光镜安装座，30103-第二承力柱，30104-通光腔，30105- 第二安装腔，30106-敞口。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
需要说明的是，本发明中的所有部件，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的部件。
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种互换式落锤撞击加载装置，如图1和图2所示，包括高速摄影相机1，还包括落锤加载部2和底座加载部3，落锤加载部2和底座加载部3能够互换；
落锤加载部2包括落锤201，落锤201包括顶板20101，顶板20101底部一体化固定设置有第一承力柱20102；
第一承力柱20102内开设有同轴设置且连通的照明腔20103和第一安装腔 20104，照明腔20103位于顶板20101与第一安装腔20104之间，第一安装腔 20104的内径大于照明腔20103的内径，第一安装腔20103的底端开放；
照明腔20103内安装有照明灯202；
第一安装腔20104内安装有第一钢化玻璃加载柱203；
底座加载部3包括底座301，底座301包括底板30101，底板30101上安装有反光镜安装座30102，反光镜安装座30102上固定安装有第二承力柱30103；
第二承力柱30103内开设有同轴设置且连通的的通光腔30104和第二安装腔30105，通光腔30104的底端开放，第二安装腔30105的顶端开放，第二安装腔 30105的内径大于通光腔30105的内径；
反光镜安装座30102上安装有反光镜302，反光镜302位于通光腔30104的底部，通光腔30104的轴向投影全部落在反光镜302内，反光镜302的一侧设置有与反光镜302相配套的高速摄影相机1；
第二安装腔30105内安装有第二钢化玻璃加载柱303。
具体的，落锤加载部2和底座加载部3的重量相同，落锤加载部2和底座加载部3能够互换并实现相同的力学加载状态，互换之前通过高速摄影相机1的高速摄影能够获取试验样品4在加载过程中下表面的力-化学响应图像，互换后通过高速摄影相机1的高速摄影能够获取试验样品4上表面的力-化学响应图像。
高速摄影相机1主要用于加载过程中样品力-化学响应图像的获取。
落锤加载部2主要用于对试验样品4进行加载，底座加载部3主要用于落锤加载部2的撞击，二者能够互换。
第一钢化玻璃加载柱203和第二钢化玻璃加载柱303主要用于加载试验样品 4，照明灯202的光线或者样品中产生的光线可以透过钢化玻璃被高速摄影相机1 获取。
反光镜302主要用于光路的折射，通光腔30104和反光镜302形成一个“L型”的光通道，使的试验样品4或者照明灯202发出的光线可以被高速摄影相机1获取。
作为本实施例的一种优选方案，照明灯202为LED灯。LED灯主要用于辅助高速摄影相机1获取加载过程的样品响应图像，辅助光源采用内置式设计，增加了撞击过程中光源的稳定性，提高高速摄影的拍摄效果。
作为本实施例的一种优选方案，第一钢化玻璃加载柱203的外径和第二钢化玻璃加载柱303之间设置有试验样品4。
作为本实施例的一种优选方案，第一钢化玻璃加载柱203的外径和第二钢化玻璃加载柱303的外径相等。第一钢化玻璃加载柱203的端部伸出至第一安装腔 20104外，第二钢化玻璃加载柱303的端部嵌入在第二安装腔30105内。进一步地，第二安装腔30105的顶端设置有敞口30106。便于更好地加载。
作为本实施例的一种优选方案，第一安装腔20104的内顶壁与第一钢化玻璃加载柱203之间设置有铜片5，第一钢化玻璃加载柱203与第一安装腔20104的内侧壁接触的侧壁上设置有硅橡胶层6；第二安装腔30105的内底壁与第二钢化玻璃加载柱303之间设置有铜片5，第二钢化玻璃加载柱303与第二安装腔30105的内侧壁接触的侧壁上设置有硅橡胶层6。铜片5主要用于减缓钢化玻璃在撞击过程中的缓冲力，防止钢化玻璃内部形成裂纹或者破碎。硅橡胶层6主要用于较小钢化玻璃与落锤201或者底座301内孔之间摩擦，提高钢化玻璃的使用寿命。
实施例2：
本实施例给出一种互换式落锤撞击加载装置的试验方法，该方法采用实施例1中的互换式落锤撞击加载装置；
该方法包括以下步骤：
步骤一，将照明灯202、铜片5依次安装在落锤201上；
步骤二，将硅橡胶涂在第一钢化玻璃加载柱203的周围，形成硅橡胶层6，并将第一钢化玻璃加载柱203安装在落锤201上；
步骤三，采用与步骤二相同的方法安装好底座301上的第二钢化玻璃加载柱 303；
步骤四，安装好底座301上的反光镜302；
步骤五，依据试验要求，放置好试验样品4，将落锤加载部2提高到设定的高度，并打开高速摄影相机1，释放落锤加载部2的同时开启高速摄影相机1进行高速摄影，读取高速摄影中的数据；
步骤六，互换落锤加载部2和底座加载部3，依据试验要求，放置好同样的试验样品4，将底座加载部3提高到设定的高度，并打开高速摄影相机1，释放底座加载部3的同时开启高速摄影相机1进行高速摄影，读取高速摄影中的数据。
实施例3：
本实施例采用落锤的重量是6kg，落高为35cm，样品是单个的直径尺寸约 5mmHMX(奥克托今)颗粒。依照实施例2中的互换式落锤撞击加载装置的试验方法，获取的试验响应图像如图3所示。
实施例4：
本实施例采用落锤的重量是6kg，落高为35cm，样品是单个的直径尺寸约 5mmHMX(奥克托今)颗粒。依照实施例2中的互换式落锤撞击加载装置的试验方法，获取的试验响应图像如图4所示。
实施例5：
本实施例采用落锤的重量是6kg，互换落锤和底座后，落高为35cm，样品是单个的直径尺寸约5mmHMX(奥克托今)颗粒。依照实施例2中的互换式落锤撞击加载装置的试验方法，获取的试验响应图像如图5所示。

Claims (10)

1.一种互换式落锤撞击加载装置，包括高速摄影相机(1)，其特征在于，还包括落锤加载部(2)和底座加载部(3)，落锤加载部(2)和底座加载部(3)能够互换；
所述的落锤加载部(2)包括落锤(201)，所述的落锤(201)包括顶板(20101)，顶板(20101)底部一体化固定设置有第一承力柱(20102)；
所述的第一承力柱(20102)内开设有同轴设置且连通的照明腔(20103)和第一安装腔(20104)，照明腔(20103)位于顶板(20101)与第一安装腔(20104)之间，第一安装腔(20104)的内径大于照明腔(20103)的内径，第一安装腔(20103)的底端开放；
所述的照明腔(20103)内安装有照明灯(202)；
所述的第一安装腔(20104)内安装有第一钢化玻璃加载柱(203)；
所述的底座加载部(3)包括底座(301)，所述的底座(301)包括底板(30101)，底板(30101)上安装有反光镜安装座(30102)，反光镜安装座(30102)上固定安装有第二承力柱(30103)；
所述的第二承力柱(30103)内开设有同轴设置且连通的的通光腔(30104)和第二安装腔(30105)，通光腔(30104)的底端开放，第二安装腔(30105)的顶端开放，第二安装腔(30105)的内径大于通光腔(30105)的内径；
所述的反光镜安装座(30102)上安装有反光镜(302)，反光镜(302)位于通光腔(30104)的底部，通光腔(30104)的轴向投影全部落在反光镜(302)内，反光镜(302)的一侧设置有与反光镜(302)相配套的高速摄影相机(1)；
所述的第二安装腔(30105)内安装有第二钢化玻璃加载柱(303)。
2.如权利要求1所述的互换式落锤撞击加载装置，其特征在于，所述的落锤加载部(2)和底座加载部(3)的重量相同，所述的落锤加载部(2)和底座加载部(3)能够互换并实现相同的力学加载状态，互换之前通过高速摄影相机(1)的高速摄影能够获取试验样品(4)在加载过程中下表面的力-化学响应图像，互换后通过高速摄影相机(1)的高速摄影能够获取试验样品(4)上表面的力-化学响应图像。
3.如权利要求1所述的互换式落锤撞击加载装置，其特征在于，所述的照明灯(202)为LED灯。
4.如权利要求1所述的互换式落锤撞击加载装置，其特征在于，所述的第一钢化玻璃加载柱(203)的外径和所述的第二钢化玻璃加载柱(303)之间设置有试验样品(4)。
5.如权利要求1所述的互换式落锤撞击加载装置，其特征在于，所述的第一钢化玻璃加载柱(203)的外径和所述的第二钢化玻璃加载柱(303)的外径相等。
6.如权利要求1所述的互换式落锤撞击加载装置，其特征在于，所述的第一钢化玻璃加载柱(203)的端部伸出至第一安装腔(20104)外，所述的第二钢化玻璃加载柱(303)的端部嵌入在第二安装腔(30105)内。
7.如权利要求6所述的互换式落锤撞击加载装置，其特征在于，所述的第二安装腔(30105)的顶端设置有敞口(30106)。
8.如权利要求1所述的互换式落锤撞击加载装置，其特征在于，所述的第一安装腔(20104)的内顶壁与第一钢化玻璃加载柱(203)之间设置有铜片(5)，第一钢化玻璃加载柱(203)与第一安装腔(20104)的内侧壁接触的侧壁上设置有硅橡胶层(6)；所述的第二安装腔(30105)的内底壁与第二钢化玻璃加载柱(303)之间设置有铜片(5)，第二钢化玻璃加载柱(303)与第二安装腔(30105)的内侧壁接触的侧壁上设置有硅橡胶层(6)。
9.一种互换式落锤撞击加载装置的试验方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1至8任一项所述的互换式落锤撞击加载装置。
10.如权利要求9所述的互换式落锤撞击加载装置的试验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，将照明灯(202)、铜片(5)依次安装在落锤(201)上；
步骤二，将硅橡胶涂在第一钢化玻璃加载柱(203)的周围，形成硅橡胶层(6)，并将第一钢化玻璃加载柱(203)安装在落锤(201)上；
步骤三，采用与步骤二相同的方法安装好底座(301)上的第二钢化玻璃加载柱(303)；
步骤四，安装好底座(301)上的反光镜(302)；
步骤五，依据试验要求，放置好试验样品(4)，将落锤加载部(2)提高到设定的高度，并打开高速摄影相机(1)，释放落锤加载部(2)的同时开启高速摄影相机(1)进行高速摄影，读取高速摄影中的数据；
步骤六，互换落锤加载部(2)和底座加载部(3)，依据试验要求，放置好同样的试验样品(4)，将底座加载部(3)提高到设定的高度，并打开高速摄影相机(1)，释放底座加载部(3)的同时开启高速摄影相机(1)进行高速摄影，读取高速摄影中的数据。
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