CN113091974B - 一种冲击波测量靶准静压标定用膜片室及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冲击波测量靶准静压标定用膜片室及系统,解决了产生测量靶准静态标定所需准静态均布载荷的技术问题。所公开的膜片室包括气室上基体和气室下基体及设置在两者之间气室,所述气室方法设膜片安装部,气室底部设气体进口,侧部设气体出口。所公开的系统包括膜片室、供气瓶及缓冲气瓶。本发明装置能够使膜片处于周边固支状态,并施加准静态均布载荷,使膜片缓慢变形;且装置操作简单,标定快捷,标定压力可控,可以在0~5MPa的压力范围内对不同尺寸的测量靶膜片进行标定。
Description
技术领域
本发明涉及冲击波测量靶标定技术,具体涉及一种冲击波测量靶准静态压力标定用膜片室及系统。
背景技术
冲击波测量靶是指在一定约束条件下、具有恰当敏感性,并在一定的爆炸冲击波作用下会产生相应形变的靶板结构,通过其在冲击作用下的最大挠度来度量冲击波压力。它具备工作可靠、使用方便、成本低廉等优点。
冲击波测量靶一般由膜片与安装结构组成,其中,膜片作为冲击波测量靶的主体,一般采用延展性较好的铝材制作,其尺寸由冲击波测量范围决定。
将冲击波测量靶应用于实际测试的前提是明确其输入载荷与输出结果之间的关系,能够通过其变形挠度推算出冲击波压力。因此,需要对测量靶膜片进行标定,建立测量靶冲击响应模型。
目前常用的标定手段是借助激波管进行动态标定,它可以产生上升时间非常短的阶跃压力,上升时间可在0.1μs以内,在有限时间内平台压力恒定,标定压力一般在1MPa左右。在不影响测量靶结构的完整性和连续性前提下,在激波管上布设压力传感器,获取作用于测量靶膜片上的激波参数,得到冲击波压力与变形挠度之间的定量关系。
由于激波管的局限性,动态标定操作复杂,激波压力大小难以控制,产生的激波平台难以满足标定需求。
发明内容
针对现有技术的缺陷或不足,本发明一方面提供了一种冲击波测量靶准静态压力标定用膜片室。
为此,本发明所提供的冲击波测量靶准静态压力标定用膜片室包括:
气室上基体,该气室上基体内沿轴向开设有通孔,该通孔的内壁设有膜片安装部,该膜片安装部部位的内径为待标定膜片的标定尺寸,所述膜片安装部将通孔分割为上通孔和下通孔,且在所述膜片安装部未安装待标定膜片时,所述上通孔与下通孔贯通;所述下通孔的侧壁开设有出气通孔;
气室下基体,该气室下基体安装于所述下通孔中,且气室下基体外壁与下通孔内壁之间设有空隙形成气室,该气室与所述出气通孔相通,且在所述膜片安装部未安装待标定膜片时,所述气室与所述上通孔贯通,所述气室下基体底部设有进气口,气室下基体内设有气体通道,且气体通道连通进气口与气室,在所述膜片安装部安装有待标定膜片时,所述气室和气体通道通过进气口和出气通孔对外相通。
进一步,所述通孔的内壁设有内凸环状平台,该内凸环状平台为膜片安装部。
进一步,本发明的冲击波测量靶准静态压力标定用膜片室还包括:
压环,所述压环的内径取待标定膜片的标定尺寸,所述压环用于安装于上通孔中且压在待标定膜片周边;
压盖,该压盖上开设通气孔,所述压盖用于盖在气室上基体上,且位于上通孔上端通过压环给待标定膜片周边施加约束。
进一步,本发明的冲击波测量靶准静态压力标定用膜片室还包括安装座,所述安装座设置在气室下基体底部边缘。
进一步,所述气室下基体轴向上端部外径小于所述下通孔的内径,气室下基体轴向下端部外径与下通孔内径匹配,所述气室下基体上端部与下通孔内壁之间形成气室。
进一步,所述气体通道包括至少一条轴向支通道和至少一条径向支通道,各轴向支通道底部与进气口相通,各径向支通道与至少一条轴向支通道相通,同时各径向支通道的端部与气室相通。
进一步,所述进气口的口径大于所述气体通道的内径。
进一步,所述下通孔的外壁设有与出气通孔相通的出气口,该出气口的口径大于所述出气通孔的内径。
本发明另一方面提供了一种冲击波测量靶准静态压力标定系统。
为此,本发明所提供的冲击波测量靶准静态压力标定系统包括供气瓶和权利要求1所述的膜片室,所述供气瓶通过气管与所述进气口连接。
进一步,本发明的冲击波测量靶准静态压力标定系统还包括缓冲器气瓶,所述缓冲气瓶连接在气管上,且在气路上位于供气瓶和膜片室进气口之间。
进一步,膜片安装部上安装待标定膜片后,膜片轴向下方空腔容积之和与供气瓶容积之比小于1:1000,或者,膜片轴向下方空腔容积之和与缓冲气瓶容积之比小于1:1000。
进一步,所述供气瓶与缓冲气瓶之间的气路上安装有第三阀门。
进一步,所述气管上设有压力变送器和排气阀。
进一步,所述进气口处安装有第一阀门,所述出气通孔或出气口处安装有第二阀门。
本发明的有益效果体现在以下两个方面:
(1)本发明装置能够使膜片处于周边固支状态,并施加准静态均布载荷,使膜片缓慢变形;
(2)本发明装置操作简单,标定快捷,标定压力可控,可以在0~5MPa的压力范围内对不同尺寸的测量靶膜片进行标定。
附图说明
图1为本发明的膜片室结构参考示意图;
图2为本发明标定系统的结构参考示意图;
图3为实施例标定结果的拟合结果。
具体实施方式
除非另有说明,本文中的术语根据相关领域普通技术人员的认知理解。
本文所述轴向、径向、上、下、底部、周边、对外等方向或方位性术语与附图中相关部件或结构的相应方向或方位一致,需要说明的是,图示方向或方位仅为本发明的一种具体示例,本领域技术人员在本发明构思基础上,所做的等同替换、旋转等变换均属于本发明的保护范围之内。
本发明所述待标定膜片的“标定尺寸”是指在采用本发明的装置进行标定时,待标定膜片上与气体直接接触的区域的尺寸,“物理尺寸”即待标定膜片的实际大小,其除去安装区域的尺寸或被安装部覆盖的区域的尺寸后即为标定尺寸。
实施例1:
参考图1所示,本发明的冲击波测量靶静态压力标定用膜片室包括气室上基体21和气室下基体22,其中:
气室上基体21内沿轴向设有通孔,该通孔内壁设有膜片安装部212,该膜片安装部部位的内径为待标定膜片的标定尺寸,且膜片安装部212将通孔分割为上通孔211和下通孔,且在膜片安装部上未安装待标定膜片10时,上通孔与下通孔贯通,同时下通孔的侧壁上设有与外界相通的出气通孔213;
气室下基体22安装于下通孔中,且气室下基体的外壁与下通孔内壁形成气室24,该气室与所述出气通孔相通,在膜片安装部处未安装待标定膜片10时,气室24与上通孔贯通,同时所述气室下基体底部设有进气口222,气室下基体内设气体通道221,该气体通道221连通进气口222与气室24,且在膜片安装部处安装有待标定膜片时,气室24和气体通道221通过进气口222和出气通孔213对外连通。
本发明膜片室中待标定膜片下方的空腔容积(即气室和气体通道的容积),其容积大小可根据待标定压力供气气瓶的容积确定,两者的容积关系应满足可准确获得待标定所用的压力的技术要求。
标定时,将待标定膜片10垂直于轴向安装于膜片安装部上,固定好待标定膜片后,关闭出气通孔213,通过进气口222通入一定压力或系列标定压力气体,此时待标定膜片10轴向下方的容积即气室24和气体通道221为封闭空腔,腔内气体压力作用于膜片10上,获取冲击波压力与膜片变形挠度之间的定量关系,实现对膜片的标定。
通孔内壁的膜片安装部212的结构可设计为可防置或固定待标定膜片的形状,一些具体的方案中,可设计为向内凸出一定尺寸的内凸环状平台,标定时,待标定膜片防置在环状平台上表面,膜片底部周边的边缘区域被环状平台覆盖,其余区域即为膜片的标定尺寸。
所述固定待标定膜片的方式可采用不影响标定工作的任一固定方式,例如通过合理的工具从上方将待标定膜片周边固定密封。一种具体的实施方式如图1所示,采用压环25和压盖26对待标定膜片进行固定,其中压环25的内径尺寸取待标定膜片的标定尺寸,图示中,压环的壁厚与图示环状平台内凸的尺寸相当,压盖26上开设有通气孔261,固定时,先将压环25压在膜片10的上表面周边,接着将压盖26该在上基体21上端并压在压环25上实现膜片10的固定与密封。
为方便整体装置的安装,有些实施方案中,气室下基体底部边缘设有安装座23。具体方案中,安装座23与气室下基体22为一体结构。还有些方案中,安装座上开设有安装孔。
本发明的气室设置在上基体与下基体之间,具体可通过在上基体或/和下基体上设相应空间结构,使得两者组装后,相应的空间结构形成气室。一种具体实施方案是,在上述方案基础上,参考图1所示,气室下基体22轴向上端部外径小于上基体中下通孔的内径,其余轴向下端部的外径与下通孔的内径匹配使得两者之间可实现密封连接,例如两者可选择通过螺纹连接,这样将气室下基体22组装在下通孔中后,其上端外壁与相应区域的下通孔内壁之间形成气室。
本发明的气室下基体内的气体通道实现气室的进气口的连通,考虑到加工的可行性和便捷性,一类气体通道结构由一条或多条轴向支通道及一条或多条径向支通道构成,其中轴向支通道的底部与进气口相通,各径向支通道端部或中间部位与一或多个轴向支通道相通,一端部或两端部与气室相通。一种具体的结构示例如图1所示,该图示结构中,气体通道的形状为T字型,即由一条轴向支通道和一条径向支通道构成,其中轴向支通道的底端与进气口相通,底端与径向支通道相通,同时径向支通道的两端与气室相通。还有一种具体的结构方式是,在上述T字型气体通道基础上再开设一条或多条径向支通道,径向支通道可形成“十”字型或“米”字型。需要解释说明的是,所述轴向支通道和径向支通道是指通道的结构沿轴向开设或沿径向开设,也指气体的流动方向基本沿轴向或径向进入气室,即通道的结构可开设为相对于轴向或径向倾斜的方向,也不排除,轴向支通道与径向支通道采用圆弧过渡的方式。
考虑到更好控制气室与气体通道内的压力,也为方便安装进气管或出气管及出气阀门等功能部件或辅助部件,进气口的口径或孔径大于气体通道的内径。还有些方案中,出气通孔的外端设有出气口214,该出气口的孔径或内径大于出气通孔其余部分的内径。
实施例2:
参考图1和2所示,本发明的冲击波测量靶静态压力标定系统由本发明的膜片室2如实施例1所示膜片室和供气瓶8通过气管连接构成。具体是膜片室2安装于支架上,供气瓶通过气管与进气口连接。
进一步的方案中,进气口和气体通孔或出气口处安装阀门(1,3)。还有些方案中,气管上还装有压力变送器4和调压排气阀5。
在上述系统方案基础上,更优选的方案是,膜片室与供气瓶之间安装有缓冲气瓶6,且考虑到缓冲气瓶内的压力到膜片室后有一定下降,为了不影响标定压力的准确性,膜片室中待标定膜片轴向下方的容积与缓冲气瓶的容积比小于1:1000,确保实际标定压力与显示标定压力的误差不超过0.1%。进一步具体的方案中,缓冲气瓶6与供气瓶8之间安装有充气阀7。
在上述方案基础上,系统内还可设置监测和控制各阀门和仪表工作的控制器9。
更具体的冲击波测量靶静态压力标定系统如图2所示,由气电磁阀1、膜片室2、排气电磁阀3、压力变送器4、调压排气阀5、缓冲气瓶6、充气电磁阀7、气源气瓶8和控制箱9基于上述方案连接而成;膜片室结构如图2所示,膜片室的气室下基体高度为55mm,上端部外径为58mm,下端部高30mm且外径为60mm,内部T型气体通道内径为2mm,底部进气口的直径为20mm;
气室下基体外径为90mm,通孔内径为60mm,内凸环形平台凸出尺寸为10mm且轴向高4mm;压盖外径为100mm,内径为80mm,通气孔直径为20mm;
压环外径为59mm,内径20mm;待标定膜片物理直径为50mm,标定直径为20mm;
缓冲气瓶6内气体进入到膜片室2后,气瓶内压力有一定下降,使得控制箱9上显示标定压力与实际标定压力存在一定误差。为了不影响标定压力的准确性,膜片室2内膜片2-5下部的所有空腔容积之和约为20ml,相比于40L的缓冲气瓶6容积,两者之比小于1:1000,实际标定压力与显示标定压力的误差不超过0.1%。
标定流程如下:
首先连使调压排气阀5、气源气瓶8和缓冲气瓶6出气口处于关闭状态;将被标定膜片10置于膜片气室中,盖上压环,并通过压盖压紧固定,使膜片10处于周边固支状态;
依次打开充气电磁阀7开关、缓冲气瓶6出气口、气源气瓶8出气口,使气源气瓶8内的高压氮气充入缓冲气瓶6,将缓冲气瓶6内压力调至标定所需压力值或略高于该压力值(一些方案中可通过控制箱9上数字压力表观测压力变化实现控制调压和控压)后,关闭充气电磁阀7和气源气瓶8出气口;
当压力高于标定所需压力值时,通过调压排气阀5进行排气,使压力降至标定所需压力值;关闭排气电磁阀3,打开进气电磁阀1,等待超过一定时间如3s后使膜片变形达到稳定状态,关闭进气电磁阀1,打开排气电磁阀3,使膜片室内气体排空,完成一次标定过程;
将被标定膜片从膜片室2取出,用千分深度尺测量膜片最大挠度,然后更换待标定膜片并将其重新固定,再将压力调至所需标定值,进行下一次标定;
采用该准静态压力标定装置对标定直径20mm的测量靶膜片进行标定,试验结果见表1。
表1准静态标定结果
通过试验结果发现,所选软铝材质的测量靶膜片在准静态加载下最大变形挠度重复性较好,重复6次试验所测最大挠度不超过1%,厚度0.2mm、直径20mm的测量靶在1.0MPa~1.6MPa范围内准静态加载条件下最大变形挠度呈线性较好,其拟合曲线如图3所示。
Claims (10)
1.一种冲击波测量靶准静态压力标定用膜片室,其特征在于,包括:
气室上基体,该气室上基体内沿轴向开设有通孔,该通孔的内壁设有膜片安装部,该膜片安装部部位的内径为待标定膜片的标定尺寸,所述膜片安装部将通孔分割为上通孔和下通孔,且在所述膜片安装部未安装待标定膜片时,所述上通孔与下通孔贯通;所述下通孔的侧壁开设有出气通孔;
气室下基体,该气室下基体安装于所述下通孔中,且气室下基体外壁与下通孔内壁之间设有空隙形成气室,该气室与所述出气通孔相通,且在所述膜片安装部未安装待标定膜片时,所述气室与所述上通孔贯通,所述气室下基体底部设有进气口,气室下基体内设有气体通道,且气体通道连通进气口与气室,在所述膜片安装部安装有待标定膜片时,所述气室和气体通道通过进气口和出气通孔对外相通;
所述气室下基体轴向上端部外径小于所述下通孔的内径,气室下基体轴向下端部外径与下通孔内径匹配,所述气室下基体上端部与下通孔内壁之间形成气室。
2.如权利要求1所述的冲击波测量靶准静态压力标定用膜片室,其特征在于,所述通孔的内壁设有内凸环状平台,该内凸环状平台为膜片安装部。
3.如权利要求1所述的冲击波测量靶准静态压力标定用膜片室,其特征在于,还包括:
压环,所述压环的内径取待标定膜片的标定尺寸,所述压环用于安装于上通孔中且压在待标定膜片周边;
压盖,该压盖上开设通气孔,所述压盖用于盖在气室上基体上,且位于上通孔上端通过压环给待标定膜片周边施加约束。
4.如权利要求1所述的冲击波测量靶准静态压力标定用膜片室,其特征在于,还包括安装座,所述安装座设置在气室下基体底部边缘。
5.如权利要求1所述的冲击波测量靶准静态压力标定用膜片室,其特征在于,所述气体通道包括至少一条轴向支通道和至少一条径向支通道,各轴向支通道底部与进气口相通,各径向支通道与至少一条轴向支通道相通,同时各径向支通道的端部与气室相通。
6.如权利要求1所述的冲击波测量靶准静态压力标定用膜片室,其特征在于,所述进气口的口径大于所述气体通道的内径。
7.如权利要求1所述的冲击波测量靶准静态压力标定用膜片室,其特征在于,所述下通孔的外壁设有与出气通孔相通的出气口,该出气口的口径大于所述出气通孔的内径。
8.一种冲击波测量靶准静态压力标定系统,其特征在于,包括供气瓶和权利要求1所述的膜片室,所述供气瓶通过气管与所述进气口连接。
9.如权利要求8所述的冲击波测量靶准静态压力标定系统,其特征在于,还包括缓冲气瓶,所述缓冲气瓶连接在气管上,且在气路上位于供气瓶和膜片室进气口之间。
10.如权利要求8或9所述的冲击波测量靶准静态压力标定系统,其特征在于,膜片安装部上安装待标定膜片后,膜片轴向下方空腔容积之和与供气瓶容积之比小于1:1000,或者,膜片轴向下方空腔容积之和与缓冲气瓶容积之比小于1:1000。
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