CN117630324B - 基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抗爆性能测试领域，用于解决抗爆测试装置无法准确地控制冲击波的冲击方向以及对测试结果分析不准确的问题，具体为基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试装置及其测试方法；本发明中，通过在爆炸管内部进行爆炸测试，使得爆炸冲击波能够沿爆炸管进行轴向移动，同时通过爆炸管对冲击波进行束缚，从而使得冲击波能够以垂直与测试材料的方向朝向测试材料进行冲击，通过智能系统对爆炸时的冲击波进行检测，从而确保冲击波在爆炸管内被激发时，能够符合试验的预期，同时通过对测试材料的受损特征和前后冲击波进行统计，能够辅助使用人员对测试材料的冲击波吸收能力和抗爆能力进行分析。
Description
技术领域
本发明涉及抗爆性能测试领域，具体为基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试装置及其测试方法。
背景技术
氢气是一种常见且用途广泛的气体，在常温下，氢气的性质很稳定，不容易跟其他物质发生化学反应。但当氢气与空气混合并达到一定浓度时，遇到火源就会发生爆炸，需要可靠的材料来防范氢气的爆炸情况。因此，防爆抗冲击研究越来越引起人们的重视。研发具有高效衰减冲击波的防护材料和装备对于人民健康和财产保护至关重要，而有效的防爆炸冲击波测试装置和检测方法则是此类研究的基础；
目前，现有技术中的抗爆材料测试装置仍存在不足之处，现有的抗爆材料测试时，一般采用爆炸罐进行测试，而爆炸罐的测试装置在使用时，爆炸的冲击波在爆炸罐内膨胀，无法保证氢气爆炸冲击波对测试材料的冲击方向，因此抗爆测试会存在一定的误差，同时，对于测试材料的测试结果一般是通过肉眼观察形变或破损情况，缺少有效的检测系统，导致测试结果存在误差，影响测试装置的使用效果；
针对上述技术问题，本申请提出一种解决方案。
发明内容
本发明中，通过在爆炸管内部进行爆炸测试，使得爆炸冲击波能够沿爆炸管进行轴向移动，同时通过爆炸管对冲击波进行束缚，从而使得冲击波能够以垂直与测试材料的方向朝向测试材料进行冲击，通过可移动的安装框架，能够将安装框架移动出爆炸管进行测试材料的安装更换，提高了测试人员的操作空间，通过智能系统对爆炸时的冲击波进行检测，从而确保冲击波在爆炸管内被激发时，能够符合试验的预期，同时通过对测试材料的受损特征和前后冲击波进行统计，能够辅助使用人员对测试材料的冲击波吸收能力和抗爆能力进行分析，解决抗爆测试装置无法准确地控制冲击波的冲击方向以及对测试结果分析不准确的问题，而提出基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试装置及其测试方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试装置，包括爆炸管，所述爆炸管内部固定安装有滑动轨道，所述滑动轨道内部通过滑槽滑动连接有安装框架，所述安装框架位于滑动轨道的上表面；
所述安装框架的两侧转动连接有夹持板，所述夹持板和安装框架之间夹持有测试材料，所述滑动轨道上表面开设有定位卡齿，所述安装框架下方固定安装有卡齿座，所述卡齿座外壁转动连接有卡齿板，所述卡齿板卡合连接在定位卡齿中，所述夹持板的尾端转动连接有螺纹内管，两组螺纹内管均与伸缩套管螺纹连接，且两组螺纹内管上的螺纹方向相反；
所述安装框架两侧固定安装有支杆，所述夹持板外壁固定安装有支撑座，所述支撑座转动连接在支杆上，实现夹持板在安装框架侧边的转动连接；
所述夹持板侧壁转动连接有连接轴，所述连接轴与螺纹内管固定连接，实现螺纹内管和夹持板的转动连接。
一种基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试方法，所述测试方法包括以下步骤：
步骤一：将安装框架在滑动轨道上向外滑动，使得安装框架离开爆炸管的内部，并在安装框架前方放置测试材料，通过转动伸缩套管，带动螺纹内管和夹持板运动，使得夹持板将测试材料夹持在安装框架的上方，并将安装框架整体推入爆炸管内部；
步骤二：在爆炸管的一端通过管道喷入氢气和氧气的混合物，并通过点火装置控制氢气和氧气的混合物进行爆炸；
步骤三：通过传感器对测试材料进行数据采集，采集到的数据包括测试材料前方的冲击波超压、测试材料后方的冲击波超压以及测试材料的受损情况；
步骤四：通过抗爆性能测试系统对采集到的数据进行分析处理，根据冲击波超压对测试材料的防护效果进行分析，根据测试材料的受损情况对测试材料的抗爆性能进行分析。
作为本发明的一种优选实施方式，所述抗爆性能测试系统包括冲击波采集单元、材料检测单元、性能分析单元和爆炸反馈验证单元，所述冲击波采集单元用于对抗爆性能测试过程中爆炸管的冲击波超压进行采集，其中采集到的测试材料前方的冲击波超压记录为前超压值，测试材料后方的冲击波超压记录为后超压值；
所述材料检测单元能够通过探伤装置对测试材料进行探伤检测，将测试材料中所存在的受损特征进行采集，并将测试材料的受损特征发送至性能分析单元；
所述爆炸反馈验证单元能够在爆炸管中发生爆炸前对爆炸参数进行采集，并将采集到的爆炸参数发送至性能分析单元。
作为本发明的一种优选实施方式，所述材料检测单元在检测测试材料的受损特征值时，对测试材料的裂缝进行采集，将采集到的裂缝宽度与预设的裂缝宽度挡位进行对比，预设的裂缝宽度挡位分为0～n1挡位，n1～n2挡位，大于n2挡位，所述材料检测单元将宽度为0～n1挡位的裂缝记录为细小裂缝，宽度为n1～n2挡位的裂缝记录为中等裂缝，宽度大于n2挡位的裂缝记录为明显裂缝，测试材料种类分为缓冲材料和屏蔽材料，当测试材料为缓冲材料时，n1为0.09倍的边长，n2为0.24倍的边长，当测试材料为为屏蔽材料时，n1为0.01倍的边长，n2为0.03倍的边长；
所述材料检测单元分别对细小裂缝、中等裂缝和明显裂缝的长度进行统计，并分
别记录为细小长度S1、中等长度S2和明显长度S3，所述材料检测单元通过公式分析生成裂
缝总值S，，其中a、b、c和q均为预设的权重系数，其中a的取值范围为0.5
～0.8，b的取值范围为1.1～1.31，c的取值范围为2.0～2.4，q的取值范围为3.6～4.51；
所述材料检测单元在测试材料上以网格划分i个相同大小的区域，并对每个区域
内的裂缝总值S进行计算，将其记录为区域裂缝值，所述材料检测单元对所有区域裂缝值进
行算术平均，获取到平均区域裂缝值，并将小于平均区域裂缝值的区域的区域裂缝值记录
为li，将大于等于平均区域裂缝值的区域的区域裂缝值记录为Li，所述材料检测单元通过
公式分析获取到受损特征M，，所述材料检测单元将受损特征发送至性能分析
单元。
作为本发明的一种优选实施方式，所述爆炸反馈验证单元获取到的爆炸参数包括氢气氧气的混合比例以及冲击波超压值，所述爆炸反馈验证单元将冲击波超压值记录为F0。
作为本发明的一种优选实施方式，所述性能分析单元将前超压值记录为F，将后超压值记录为f，并将前超压值F与冲击波超压值F0进行对比，若前超压值F与冲击波超压值F0的差值在预设的差值范围内，则生成测试准确信号，若前超压值F与冲击波超压值F0的差值在预设的差值范围外，则生成测试误差信号；
所述性能分析单元将测试误差信号、测试准确信号、氢气氧气的混合比例以及受损特征值M通过网络发送至输出显示设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过在爆炸管内部进行爆炸测试，使得爆炸冲击波能够沿爆炸管进行轴向移动，同时通过爆炸管对冲击波进行束缚，从而使得冲击波能够以垂直与测试材料的方向朝向测试材料进行冲击，确保测试的准确性。
2、本发明中，通过可移动的安装框架，能够将安装框架移动出爆炸管进行测试材料的安装更换，提高了测试人员的操作空间，同时通过两侧千斤顶式的夹持结构，便于对测试材料进行安装更换，也保证了测试材料夹持的稳定性。
3、本发明中，通过智能系统对爆炸时的冲击波进行检测，从而确保冲击波在爆炸管内被激发时，能够符合试验的预期，同时通过对测试材料的受损特征和前后冲击波进行统计，能够辅助使用人员对测试材料的冲击波吸收能力和抗爆能力进行分析。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的结构主视示意图；
图2为本发明的安装框架结构示意图；
图3为本发明图2中B处放大结构示意图；
图4为本发明图2中C处放大结构示意图；
图5为本发明的夹持板结构示意图；
图6为本发明的系统框图。
图中：1、爆炸管；2、滑动轨道；3、夹持板；4、安装框架；5、测试材料；6、定位卡齿；7、螺纹内管；8、伸缩套管；9、连接轴；10、支杆；11、支撑座；12、卡齿板；13、卡齿座。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1－图5所示，基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试装置，包括爆炸管1，爆炸管1内部固定安装有滑动轨道2，滑动轨道2内部通过滑槽滑动连接有安装框架4，安装框架4位于滑动轨道2的上表面，使得安装框架4能够在滑动轨道2上方滑动，安装框架4移出爆炸管1能够提高操作人员对安装框架4进行操作时的操作空间，便于操作人员工作；
安装框架4的两侧转动连接有夹持板3，夹持板3和安装框架4之间夹持有测试材料5，将安装框架4推入爆炸管1，并向爆炸管一端同时通入氢气和氧气，通过引发氢气爆炸激发冲击波，并使得冲击波阵面沿爆炸管1轴向移动，垂直对测试材料5进行冲击，检验测试材料5的抗爆性能，滑动轨道2上表面开设有定位卡齿6，安装框架4下方固定安装有卡齿座13，卡齿座13外壁转动连接有卡齿板12，卡齿板12卡合连接在定位卡齿6中，使得安装框架4在推入爆炸管1后，能够通过定位卡齿6和卡齿板12固定安装框架4的位置，避免爆炸冲击波将安装框架4推动，夹持板3的尾端转动连接有螺纹内管7，两组螺纹内管7均与伸缩套管8螺纹连接，且两组螺纹内管7上的螺纹方向相反，通过转动伸缩套管8，能够使得伸缩套管8带动螺纹内管7向外扩展，螺纹内管7向外扩展时推动夹持板3转动，将夹持板3的前端挤压测试材料5，固定测试材料5的位置；
安装框架4两侧固定安装有支杆10，夹持板3外壁固定安装有支撑座11，支撑座11转动连接在支杆10上，实现夹持板3在安装框架4侧边的转动连接，夹持板3侧壁转动连接有连接轴9，连接轴9与螺纹内管7固定连接，实现螺纹内管7和夹持板3的转动连接。
实施例二：
请参阅图1－图6所示，一种基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试方法，测试方法包括以下步骤：
步骤一：将安装框架4在滑动轨道2上向外滑动，使得安装框架4离开爆炸管1的内部，并在安装框架4前方放置测试材料5，通过转动伸缩套管8，带动螺纹内管7和夹持板3运动，使得夹持板3将测试材料5夹持在安装框架4的上方，并将安装框架4整体推入爆炸管1内部；
步骤二：在爆炸管1的一端通过管道喷入氢气和氧气的混合物，并通过点火装置控制氢气和氧气的混合物进行爆炸；
步骤三：冲击波采集单元通过传感器对测试材料5进行数据采集，采集到的数据包括测试材料5前方的冲击波超压、测试材料5后方的冲击波超压以及测试材料5的受损情况，其中采集到的测试材料5前方的冲击波超压记录为前超压值，测试材料5后方的冲击波超压记录为后超压值；
将测试材料5中所存在的受损特征进行采集，并将测试材料5的受损特征发送至性能分析单元，材料检测单元在检测测试材料5的受损特征值时，对测试材料5的裂缝进行采集，将采集到的裂缝宽度与预设的裂缝宽度挡位进行对比，预设的裂缝宽度挡位分为0～n1挡位，n1～n2挡位，大于n2挡位，材料检测单元将宽度为0～n1挡位的裂缝记录为细小裂缝，宽度为n1～n2挡位的裂缝记录为中等裂缝，宽度大于n2挡位的裂缝记录为明显裂缝，测试材料5种类分为缓冲材料和屏蔽材料，当测试材料5为缓冲材料时，n1为0.09倍的边长，n2为0.24倍的边长，当测试材料5为屏蔽材料时，n1为0.01倍的边长，n2为0.03倍的边长，其中缓冲材料为在设计用途中允许被冲击波所破坏的材料，主要用于吸收冲击波，从而减弱对屏蔽层的破坏，屏蔽材料为在设计用途中承受设计范围内的冲击波时不允许出现明显破坏的材料，用于彻底隔绝爆炸膨胀以及阻隔绝大部分冲击波；
材料检测单元分别对细小裂缝、中等裂缝和明显裂缝的长度进行统计，并分别记
录为细小长度S1、中等长度S2和明显长度S3，材料检测单元通过公式分析生成裂缝总值S，，其中a、b、c和q均为预设的权重系数，其中a的取值范围为0.5～0.8，b
的取值范围为1.1～1.31，c的取值范围为2.0～2.4，q的取值范围为3.6～4.51；
材料检测单元在测试材料5上以网格划分i个相同大小的区域，并对每个区域内的
裂缝总值S进行计算，将其记录为区域裂缝值，材料检测单元对所有区域裂缝值进行算术平
均，获取到平均区域裂缝值，并将小于平均区域裂缝值的区域的区域裂缝值记录为li，将大
于等于平均区域裂缝值的区域的区域裂缝值记录为Li，材料检测单元通过公式分析获取到
受损特征M，，材料检测单元将受损特征发送至性能分析单元；
步骤四：通过抗爆性能测试系统对采集到的数据进行分析处理，抗爆性能测试系统包括冲击波采集单元、材料检测单元、性能分析单元和爆炸反馈验证单元，其中冲击波采集单元和材料检测单元应用于步骤三中的数据采集；
爆炸反馈验证单元能够在爆炸管1中发生爆炸前对爆炸参数进行采集，爆炸反馈验证单元获取到的爆炸参数包括氢气氧气的混合比例以及冲击波超压值，爆炸反馈验证单元将冲击波超压值记录为F0，性能分析单元将前超压值记录为F，将后超压值记录为f，并将前超压值F与冲击波超压值F0进行对比，若前超压值F与冲击波超压值F0的差值在预设的差值范围内，则生成测试准确信号，若前超压值F与冲击波超压值F0的差值在预设的差值范围外，则生成测试误差信号；
性能分析单元将测试误差信号、测试准确信号、氢气氧气的混合比例以及受损特征值M通过网络发送至输出显示设备，辅助管理人员根据冲击波超压对测试材料5的防护效果进行分析，根据测试材料5的受损情况对测试材料5的抗爆性能进行分析。
本发明中，通过在爆炸管内部进行爆炸测试，使得爆炸冲击波能够沿爆炸管进行轴向移动，同时通过爆炸管对冲击波进行束缚，从而使得冲击波能够以垂直与测试材料的方向朝向测试材料进行冲击，通过可移动的安装框架，能够将安装框架移动出爆炸管进行测试材料的安装更换，提高了测试人员的操作空间，通过智能系统对爆炸时的冲击波进行检测，从而确保冲击波在爆炸管内被激发时，能够符合试验的预期，同时通过对测试材料的受损特征和前后冲击波进行统计，能够辅助使用人员对测试材料的冲击波吸收能力和抗爆能力进行分析。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试装置，其特征在于，包括爆炸管（1），所述爆炸管（1）内部固定安装有滑动轨道（2），所述滑动轨道（2）内部通过滑槽滑动连接有安装框架（4），所述安装框架（4）位于滑动轨道（2）的上表面；
所述安装框架（4）的两侧转动连接有夹持板（3），所述夹持板（3）和安装框架（4）之间夹持有测试材料（5），所述滑动轨道（2）上表面开设有定位卡齿（6），所述安装框架（4）下方固定安装有卡齿座（13），所述卡齿座（13）外壁转动连接有卡齿板（12），所述卡齿板（12）卡合连接在定位卡齿（6）中，所述夹持板（3）的尾端转动连接有螺纹内管（7），两组螺纹内管（7）均与伸缩套管（8）螺纹连接，且两组螺纹内管（7）上的螺纹方向相反；
所述安装框架（4）两侧固定安装有支杆（10），所述夹持板（3）外壁固定安装有支撑座（11），所述支撑座（11）转动连接在支杆（10）上，实现夹持板（3）在安装框架（4）侧边的转动连接；
所述夹持板（3）侧壁转动连接有连接轴（9），所述连接轴（9）与螺纹内管（7）固定连接，实现螺纹内管（7）和夹持板（3）的转动连接。
2.一种基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试方法，适用于权利要求1所述的基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试装置，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：
步骤一：将安装框架（4）在滑动轨道（2）上向外滑动，使得安装框架（4）离开爆炸管（1）的内部，并在安装框架（4）前方放置测试材料（5），通过转动伸缩套管（8），带动螺纹内管（7）和夹持板（3）运动，使得夹持板（3）将测试材料（5）夹持在安装框架（4）的上方，并将安装框架（4）整体推入爆炸管（1）内部；
步骤二：在爆炸管（1）的一端通过管道喷入氢气和氧气的混合物，并通过点火装置控制氢气和氧气的混合物进行爆炸；
步骤三：通过传感器对测试材料（5）进行数据采集，采集到的数据包括测试材料（5）前方的冲击波超压、测试材料（5）后方的冲击波超压以及测试材料（5）的受损情况；
步骤四：通过抗爆性能测试系统对采集到的数据进行分析处理，根据冲击波超压对测试材料（5）的防护效果进行分析，根据测试材料（5）的受损情况对测试材料（5）的抗爆性能进行分析。
3.根据权利要求2所述的基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试方法，其特征在于，所述抗爆性能测试系统包括冲击波采集单元、材料检测单元、性能分析单元和爆炸反馈验证单元，所述冲击波采集单元用于对抗爆性能测试过程中爆炸管（1）的冲击波超压进行采集，其中采集到的测试材料（5）前方的冲击波超压记录为前超压值，测试材料（5）后方的冲击波超压记录为后超压值；
所述材料检测单元能够通过探伤装置对测试材料（5）进行探伤检测，将测试材料（5）中所存在的受损特征进行采集，并将测试材料（5）的受损特征发送至性能分析单元；
所述爆炸反馈验证单元能够在爆炸管（1）中发生爆炸前对爆炸参数进行采集，并将采集到的爆炸参数发送至性能分析单元。
4.根据权利要求3所述的基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试方法，其特征在于，所述材料检测单元在检测测试材料（5）的受损特征值时，对测试材料（5）的裂缝进行采集，将采集到的裂缝宽度与预设的裂缝宽度挡位进行对比，预设的裂缝宽度挡位分为0～n1挡位，n1～n2挡位，大于n2挡位，所述材料检测单元将宽度为0～n1挡位的裂缝记录为细小裂缝，宽度为n1～n2挡位的裂缝记录为中等裂缝，宽度大于n2挡位的裂缝记录为明显裂缝，其中，n1与n2根据测试材料（5）的种类和安装框架（4）的边长进行确定，测试材料（5）种类分为缓冲材料和屏蔽材料，当测试材料（5）为缓冲材料时，n1为0.09倍的边长，n2为0.24倍的边长，当测试材料（5）为屏蔽材料时，n1为0.01倍的边长，n2为0.03倍的边长；
所述材料检测单元分别对细小裂缝、中等裂缝和明显裂缝的长度进行统计，并分别记录为细小长度S1、中等长度S2和明显长度S3，所述材料检测单元通过公式分析生成裂缝总值S，，其中a、b、c和q均为预设的权重系数，其中a的取值范围为0.5～0.8，b的取值范围为1.1～1.31，c的取值范围为2.0～2.4，q的取值范围为3.6～4.51；
所述材料检测单元在测试材料（5）上以网格划分i个相同大小的区域，并对每个区域内的裂缝总值S进行计算，将其记录为区域裂缝值，所述材料检测单元对所有区域裂缝值进行算术平均，获取到平均区域裂缝值，并将小于平均区域裂缝值的区域的区域裂缝值记录为li，将大于等于平均区域裂缝值的区域的区域裂缝值记录为Li，所述材料检测单元通过公式分析获取到受损特征M，，所述材料检测单元将受损特征发送至性能分析单元。
5.根据权利要求4所述的基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试方法，其特征在于，所述爆炸反馈验证单元获取到的爆炸参数包括氢气氧气的混合比例以及冲击波超压值，所述爆炸反馈验证单元将冲击波超压值记录为F0。
6.根据权利要求5所述的基于氢气爆炸的抗爆材料抗爆性能测试方法，其特征在于，所述性能分析单元将前超压值记录为F，将后超压值记录为f，并将前超压值F与冲击波超压值F0进行对比，若前超压值F与冲击波超压值F0的差值在预设的差值范围内，则生成测试准确信号，若前超压值F与冲击波超压值F0的差值在预设的差值范围外，则生成测试误差信号；
所述性能分析单元将测试误差信号、测试准确信号、氢气氧气的混合比例以及受损特征值M通过网络发送至输出显示设备。
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