CN113514349A - 一种用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，包括试验水池、排水系统、用于安装板件的固定装置和移动式龙门吊，固定装置的底部固定有块度提取装置，固定装置上安装有水下冲击波传感器和炸药，水下冲击波传感器和炸药与板件中心处于同一高度，试验水池池壁内外侧设有消波系统。本发明利用移动式龙门吊将固定装置直接吊出水面，放置于地表面，在不将试验水池中的水排空的情况下，便可以直接更换板件，极大提高了试验的便捷性，采用贴附层来吸收或抑制反射爆炸冲击波荷载，来最大化实现试验的自由场环境，更加真实模拟实际水下爆炸环境，进而提高试验精度，通过块度提取装置可以收集试验后的板件碎块，以便收集破块进行研究。
Description
技术领域
本发明属于模拟浅水爆炸试验技术领域，具体涉及一种用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置。
背景技术
近年来，水下爆炸事件的数量逐渐增加，而水下爆炸会瞬间释放大量能量，并产生爆炸冲击波和大量高温高压气泡对水下结构物造成损伤和破坏。因此，针对潜在爆炸对水下结构物破坏效应的研究显得越来越重要。水下爆炸试验可以用于研究水下结构物的抗爆性能，为了能够测试水下爆炸荷载作用下结构构件的毁伤模式，一般需要进行水下爆炸试验。
目前水下爆炸试验分为室内试验和室外试验，室外试验即在海上或湖泊等野外水域进行。室外爆炸试验受自然环境等外在因素影响较大且对试验环境要求高，操作复杂，效率低，安全系数低。因此，通过室内试验装置开展水下爆炸试验更为便捷，且可控性也更高。然而目前各种水下爆炸试验装置存在以下缺点：（1）试验容器内壁会反射爆炸冲击波，无法真实模拟实际水下爆炸环境；（2）试验装置不能同时满足不同尺寸不同材料板件的试验要求，且更换板件效率较低；（3）板件在试验中产生的碎块收集过程较复杂。
因此，亟需一种操作简便、试验精度高、应用范围广的水下爆炸试验装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，其可模拟水下爆炸试验，方便进行块度收集研究。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，其特征在于：包括试验水池、排水系统、用于安装板件的固定装置和设置在试验水池上方的移动式龙门吊，所述固定装置安装在移动式龙门吊的吊钩上，固定装置的底部固定有块度提取装置，固定装置上安装有水下冲击波传感器和炸药，水下冲击波传感器和炸药与板件中心处于同一高度，所述试验水池的池壁内外侧设有消波系统，所述排水系统包括设置在试验水池一侧的排水井，排水井的底部与试验水池的底部通过排水管连通，排水管上安装有电动阀门。
所述固定装置包括底部支座、固定在底部支座上的底梁、对称固定在底梁上的两个钢架柱和固定在两个钢架柱顶端的顶梁，底部支座上固定有与底梁相连的方管，顶梁和底部支座之间连接有斜撑杆，两个钢架柱中部之间连接有用于放置板件的第一槽钢，两个钢架柱之间于第一槽钢上方连接有用于固定板件的第二槽钢，所述顶梁的中间位置固定有长度方向与顶梁相垂直且水平布置的固定杆，固定杆表面刻有刻度线，所述水下冲击波传感器和炸药通过连接线与固定杆相连。
所述第一槽钢和第二槽钢的两端分别焊接有圆环，圆环内径比钢架柱外径大1～2cm，所述第一槽钢通过支撑螺栓安装在两个钢架柱上，其中两个钢架柱的下部均设有螺栓穿插孔，支撑螺栓的螺杆端穿过螺栓穿插孔后伸出钢架柱，第一槽钢的两个圆环分别置于两个支撑螺栓上，第二槽钢通过锁定螺栓固定在两个钢架柱上，其中第二槽钢的圆环外端设有锁定螺纹孔，锁定螺栓安装在锁定螺纹孔内挤压钢架柱进而固定第二槽钢。
所述底部支座为圆环状，由方管加工制成，其外径较试验水池内径小4～6 cm。
所述底梁由方管制成，焊接在底部支座内，底梁的长度与底部支座内径相等，所述顶梁长度和形状与底梁保持一致，顶梁前后表面中心处设有螺纹孔，顶梁上表面焊接有两个吊环，且两个吊环关于顶梁上表面中心对称。
水下冲击波传感器通过第一连接线固定在与板件中心同一高度处，第一连接线一端与固定装置相连，第一连接线的另一端连接第一配重，水下冲击波传感器固定在第一连接线中部，所述炸药通过第二连接线固定在与板件中心同一高度处，第二连接线一端与固定装置相连，第二连接线的另一端连接第二配重。
所述消波系统包括设置于试验水池的内壁上的贴附层和设置于试验水池外侧的减震墙，试验水池的外壁和减震墙的内壁之间设有填充层。
所述贴附层选用高聚物材料，其内部有密集封闭气泡，将制好的高聚物贴附于试验水池内壁，并将贴附层内壁表层切去，使高聚物材料切面与试验水体直接接触，所述填充层内部填充材料为橡胶颗粒。
所述块度提取装置包括固定在固定装置底部的铁丝网，铁丝网通过铁丝安装在固定装置底部。
所述试验水池为圆柱形，并位于地面以下。
本发明装置利用移动式龙门吊将固定装置直接吊出水面，放置于地表面，在不将试验水池中的水排空的情况下，便可以直接更换板件，极大提高了试验的便捷性，本发明通过调节第一槽钢和第二槽钢的高度将不同尺寸板件固定在水域中心，使实验装置的应用范围更加广泛，本发明采用贴附层来吸收或抑制反射爆炸冲击波荷载，来最大化实现试验的自由场环境，更加真实模拟实际水下爆炸环境，进而提高试验精度，本发明通过块度提取装置可以收集试验后的板件碎块，以便收集破块进行研究，使用方便。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的固定装置结构示意图。
图4本发明的试验水池侧壁的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-图4所示，一种用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，包括试验水池1、排水系统、用于安装板件22的固定装置和设置在试验水池1上方的移动式龙门吊3，移动式龙门吊底部装有4个行走轮，固定装置安装在移动式龙门吊3的吊钩上，固定装置的底部固定有块度提取装置2，固定装置上安装有水下冲击波传感器和炸药，水下冲击波传感器和炸药与板件中心处于同一高度，所述试验水池的池壁内外侧设有消波系统，排水系统包括设置在试验水池一侧的排水井20，排水井的底部与试验水池通过排水管19连通，排水管上安装有电动阀门21，来控制试验水池的排水。
固定装置包括底部支座4、固定在底部支座上的底梁5、对称固定在底梁上的两个钢架柱9和固定在两个钢架柱顶端的顶梁6，底部支座4上固定有与底梁相连的方管10，方管10的一端与底梁固定连接，方管10的另一端与底部支座固定连接，方管垂直于底梁，方管的数量为4个或以上，以使得整个装置结构牢固，方管关于底梁轴线及中心垂线对称分布。顶梁和底部支座之间连接有斜撑杆11，斜撑杆两端分别与底部支座和顶梁焊接。两个钢架柱中部之间连接有用于放置板件的第一槽钢8，两个钢架柱之间于第一槽钢上方连接有用于固定板件的第二槽钢7，顶梁的中间位置固定有长度方向与顶梁相垂直且水平布置的固定杆12，固定杆12可通过螺纹固定在顶梁前后表面中点处，固定杆表面刻有刻度线，刻度线精确到1mm，水下冲击波传感器和炸药通过连接线与固定杆相连。
第一槽钢8和第二槽钢7的两端分别焊接有圆环25，圆环内径比钢架柱外径大1～2cm，第一槽钢8和第二槽钢7可沿两个钢架柱上下移动，以便调整位置，进而来调整第一槽钢8和第二槽钢7之间的间距，可以固定不同尺寸的板件，使得应用范围更加广泛，同时使板件竖直固定在水域中心，充分利用水体空间，减小试验装置的体积。第一槽钢8通过支撑螺栓14安装在两个钢架柱上，其中两个钢架柱的下部均设有螺栓穿插孔26，相邻螺栓穿插孔之间的间距为3-7cm，支撑螺栓14的螺杆端穿过螺栓穿插孔26后伸出钢架柱，第一槽钢8的两个圆环分别置于两个支撑螺栓14上。第二槽钢7通过锁定螺栓13固定在两个钢架柱上，其中第二槽钢7的圆环外端设有锁定螺纹孔，锁定螺栓13安装在锁定螺纹孔内挤压钢架柱进而固定第二槽钢7。
底部支座为圆环状，由方管加工制成，其外径较试验水池内径小4～6 cm，即底部支座与试验水池间隔为2～3cm，尽量确保块度提取装置将板件碎块收集齐全。
底梁5由方管制成，焊接在底部支座内，底梁的长度与底部支座内径相等，顶梁6的长度和形状与底梁保持一致，顶梁6前后表面中心处设有螺纹孔，顶梁上表面焊接有两个吊环27，且两个吊环关于顶梁上表面中心对称，以保证固定装置在吊装过程中的平衡性。
水下冲击波传感器15通过第一连接线固定在与板件中心同一高度处，第一连接线一端与固定杆12相连，第一连接线的另一端连接第一配重24，水下冲击波传感器固定在第一连接线中部，可通过调整第一连接线的长度或调整冲击波传感器的位置来调节冲击波传感器的高度。炸药23通过第二连接线固定在与板件中心同一高度处，第二连接线一端与固定杆12相连，第二连接线的另一端连接第二配重，第一配重24和第二配重的重量相同，为200～400g，可通过调整第二连接线的长度或调整炸药的位置来调节炸药的高度，这样可以根据试验计划进行接触和近场爆炸试验并可以测得距板件不同位置处的爆炸冲击波，并且固定杆可以拆卸，具有便利性，同时根据试验需要可布置多个水下冲击波传感器。
消波系统包括设置于试验水池的内壁上的贴附层16和设置于试验水池外侧的减震墙18，试验水池的外壁和减震墙的内壁之间设有填充层17
贴附层选用高聚物材料，填充层内部填充材料为橡胶颗粒，高聚物材料的内部有密集封闭气泡，将贴附层内壁表层去除，使高聚物内部的封闭气泡与试验水体直接接触，利用高聚物材料内部气泡来吸收或抑制反射爆炸冲击波荷载，并在填充层填充橡胶颗粒，来最大化实现试验的自由场环境，更加真实模拟实际水下爆炸环境，进而提高试验精度。
块度提取装置2包括固定在固定装置底部的铁丝网，铁丝网的直径与底部支座的外径相等，铁丝网通过铁丝固定在底部支座上，铁丝网可以拆卸并可以根据试验需求更换为不同网孔大小的铁丝网，当待测板件密度小于水时，可在铁丝网上表面贴附一层网孔较小的渔网来收集水体表面的板件碎块。
试验水池位于地面以下，试验水池为圆柱形，可以充分利用试验水域。
本发明具体实施时，比如以Φ4×2m圆柱形试验水池的为例，首先将Φ4.8×2m的环形混凝土减震墙设于大地内，距减震墙内壁0.2m处放置Φ4×2m圆柱形试验水池，减震墙与试验水池间填充橡胶颗粒，试验水池内壁设有高聚物贴附层，贴附层厚度为5cm，且将贴附层内部表层切去，使高聚物内部的封闭气泡与试验水体直接接触，减震墙外缘设有一条深3m的排水井，由Φ0.15m的排水管穿过减震墙、填充层、试验水池的池壁和贴附层将试验水池和排水井连通，并在排水管与排水井连接一端安装电动阀门。固定装置的底部支座由0.1m×0.1m方管加工制成，外径为3.96m，底梁和顶梁均为长度3.76m的0.15m×0.1m方管，纵向方管由0.1m×0.1m方管制成，钢架柱选用型号为DN125（Φ0.14m）的钢管，钢架柱高度为1.8m，并在钢架柱下半部分打有Φ2.2cm的螺栓穿插孔，且相邻穿插孔间隔为5cm，在第二槽钢的圆环外端打有Φ2cm的锁定螺纹孔，锁定螺栓和支撑螺栓公称直径均为2cm，第二槽钢和第一槽钢型号均为12 #且长度为3.45m，固定杆为Φ0.02×1.88m的实心铁杆，并在固定杆上标注刻度线，精度为1mm，依次将底部支座、底梁、方管、钢架柱、第二槽钢、第一槽钢、顶梁、斜撑杆和固定杆连接在一起，组成固定装置；块度提取装置选用网孔为10mm的铁丝网，并用粗铁丝将铁丝网与固定装置连接在一起，配重选择重量为300g的铁块。然后使用移动试龙门吊将固定装置从试验水池中吊至地表面，并向试验水池内注水，将0.5×0.5×0.06m的混凝土板板件放置在第二槽钢和第一槽钢之间，并移动槽钢将板件放置在中心高度，将支撑螺栓插入螺栓穿插孔内，固定第一槽钢，将锁定螺栓穿过第二槽钢的圆环外端的锁定螺纹孔，上紧锁定螺栓螺栓来固定第二槽钢，将固定杆通过螺纹安装在顶梁中心处，使用第一连接线分别连接水下冲击波传感器和第一配重，并将第一细线的另一端固定在固定杆0.8m处，然后用第二连接线将炸药固定在固定杆0m刻度处，并保证炸药、水下冲击波传感器传感器和板件中心在同一水平线，使用龙门吊将固定装置升高一段距离后，将铁丝网铺在固定装置底部支座上，再将固定装置放回地面，并使用粗铁丝将铁丝网与底部支座固定在一起。当试验水池内水体高度为1.8m时，停止注水，将水下冲击波传感器与冲击波测试仪连接，将雷管插入炸药后，使用龙门吊将固定装置连同块度提取装置一同放入试验水池中，打开冲击波测试仪，并将雷管与起爆器接通，进行爆炸试验。待试验结束后，再次使用龙门吊将固定装置连同块度提取装置吊至地表面，进行试验结果分析，并打开电动阀门将废水排入排水井进行处理。
以上所述为本发明的最佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍落入本发明专利的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，其特征在于：包括试验水池、排水系统、用于安装板件的固定装置和设置在试验水池上方的移动式龙门吊，所述固定装置安装在移动式龙门吊的吊钩上，固定装置的底部固定有块度提取装置，固定装置上安装有水下冲击波传感器和炸药，水下冲击波传感器和炸药与板件中心处于同一高度，所述试验水池的池壁内外侧设有消波系统，所述排水系统包括设置在试验水池一侧的排水井，排水井的底部与试验水池的底部通过排水管连通，排水管上安装有电动阀门。
2.根据权利要求1所述的用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，其特征在于：所述固定装置包括底部支座、固定在底部支座上的底梁、对称固定在底梁上的两个钢架柱和固定在两个钢架柱顶端的顶梁，底部支座上固定有与底梁相连的方管，顶梁和底部支座之间连接有斜撑杆，两个钢架柱中部之间连接有用于放置板件的第一槽钢，两个钢架柱之间于第一槽钢上方连接有用于固定板件的第二槽钢，所述顶梁的中间位置固定有长度方向与顶梁相垂直且水平布置的固定杆，固定杆表面刻有刻度线，所述水下冲击波传感器和炸药通过连接线与固定杆相连。
3.根据权利要求2所述的用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，其特征在于：所述第一槽钢和第二槽钢的两端分别焊接有圆环，圆环内径比钢架柱外径大1～2cm，所述第一槽钢通过支撑螺栓安装在两个钢架柱上，其中两个钢架柱的下部均设有螺栓穿插孔，支撑螺栓的螺杆端穿过螺栓穿插孔后伸出钢架柱，第一槽钢的两个圆环分别置于两个支撑螺栓上，第二槽钢通过锁定螺栓固定在两个钢架柱上，其中第二槽钢的圆环外端设有锁定螺纹孔，锁定螺栓安装在锁定螺纹孔内挤压钢架柱进而固定第二槽钢。
4.根据权利要求2所述的用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，其特征在于：所述底部支座为圆环状，由方管加工制成，其外径较试验水池内径小4～6 cm。
5.根据权利要求4所述的用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，其特征在于：所述底梁由方管制成，焊接在底部支座内，底梁的长度与底部支座内径相等，所述顶梁长度和形状与底梁保持一致，顶梁前后表面中心处设有螺纹孔，顶梁上表面焊接有两个吊环，且两个吊环关于顶梁上表面中心对称。
6.根据权利要求1所述的用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，其特征在于：所述水下冲击波传感器通过第一连接线固定在与板件中心同一高度处，第一连接线一端与固定装置相连，第一连接线的另一端连接第一配重，水下冲击波传感器固定在第一连接线中部，所述炸药通过第二连接线固定在与板件中心同一高度处，第二连接线一端与固定装置相连，第二连接线的另一端连接第二配重。
7.根据权利要求1所述的用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，其特征在于：所述消波系统包括设置于试验水池内壁上的贴附层和设置于试验水池外侧的减震墙，试验水池的外壁和减震墙的内壁之间设有填充层。
8.根据权利要求7所述的用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，其特征在于：所述贴附层选用高聚物材料，其内部有密集封闭气泡，将制好的高聚物贴附于试验水池内壁，并将贴附层内壁表层切去，使高聚物材料切面与试验水体直接接触，所述填充层内部填充材料为橡胶颗粒。
9.根据权利要求1所述的用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，其特征在于：所述块度提取装置包括固定在固定装置底部的铁丝网，铁丝网通过铁丝安装在固定装置底部。
10.根据权利要求1所述的用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置，其特征在于：所述试验水池为圆柱形，并位于地面以下。
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