CN207133142U - 模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置，包括传震台、模型储油罐、加速度传感器、速度传感器、应变接线桥盒、第一动态信号分析仪、爆破测振仪、屏蔽线、背爆面三轴45°应变花、侧面三轴45°应变花、迎爆面三轴45°应变花和第二动态信号分析仪；所述传震台上设置有若干装药孔；所述模型储油罐设置在所述传震台中心位置；若干所述加速度传感器及速度传感器设置在所述模型储油罐的侧壁上。本实用新型结构简单，操作方便，采集数据直观不需要大量的再处理，采用模拟真实的爆炸源，精确采集储油罐的应变状态震动速度等物理量，以此模拟测试储油罐在工程爆破荷载作用下的响应，成本低廉。

Description

模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置

技术领域

本实用新型涉及实验装置技术领域，尤其涉及一种模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置。

背景技术

石油储备战略是我国能源战略的重要组成部分。战略石油储备是在战争或自然灾难时以保障国家石油的不间断供给为目的。目前我国正在兴建扩建石油储备基地以保障国家能源安全。这些新扩建工程由于地质等条件，在扩建或是兴建过程中常需要经行爆破施工，而爆破场区内在役储油罐属于大型薄壁钢结构在冲击荷载作用下容易屈曲失稳。需要研究分析储油罐在爆破冲击荷载作用下的响应规律以便在工程中严格监测，并制定保护储罐的爆破措施。

目前对储油罐的动载荷破坏主要研究的是地震波作用下的各种失稳类型而对于爆破冲击荷载这种短促强冲击的并没有深入研究，在实际工程中常在储罐附近经行爆破施工，爆破产生的冲击荷载对储罐的危害极大，研究分析在爆炸冲击荷载对作用下储罐的响应有着重要意义。目前储罐的动荷载响应研究有以下方法：振动台模型实验：而振动台难以实现模拟爆炸产生的短促冲击震动。在振动台模拟爆破冲击震动不具有可操作性。数值仿真：该方法对储罐壁油液的相互耦合作用难以真实反应，为较精确模拟需要划分大量网格，而大量的网格需要较长计算时间，成本也较高，需要大量实验提供基础数据和修正依据而关于这方面的实验却不多难以提供较多修正数据。针对以上的问题提供了一种采用模拟真实的爆炸源，精确采集储油罐的应变状态震动速度等物理量，以此模拟测试储油罐在工程爆破荷载作用下的响应。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的问题是提供一种模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置及其方法，以克服现有技术中不具有可操作性，要较长计算时间，成本也较高的缺陷。

(二)技术方案

为解决所述技术问题，本实用新型提供一种模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置，包括传震台、模型储油罐、加速度传感器、速度传感器、应变接线桥盒、第一动态信号分析仪、爆破测振仪、屏蔽线、背爆面三轴45°应变花、侧面三轴45°应变花、迎爆面三轴45°应变花和第二动态信号分析仪；所述传震台上设置有若干装药孔；所述模型储油罐设置在所述传震台中心位置；若干所述加速度传感器及速度传感器设置在所述模型储油罐的侧壁上；若干所述背爆面三轴45°应变花、侧面三轴45°应变花及迎爆面三轴45°应变花分别布置在所述模型储油罐的罐底至罐口；所述爆破测振仪通过导线与所述速度传感器连接；所述第一动态信号分析仪通过导线与所述加速度传感器连接；所述第二动态信号分析仪与所述应变接线桥盒连接，所述应变接线桥盒另一端通过所述应变接线桥盒分别与所述背爆面三轴45°应变花、侧面三轴45°应变花及迎爆面三轴45°应变花连接。

进一步，所述传震台内浇筑木板，所述浇筑木板沿试验台径向均匀分布，呈扇形分区。

进一步，所述加速度传感器、速度传感器、背爆面三轴45°应变花及侧面三轴45°应变花由上至下分布。

进一步，所述传震台由拌制均匀的混凝土浇筑而成。

进一步，所述传震台形状为圆形。

进一步，所述传震台厚10cm至15cm、直径300cm至500cm，中心留一个直径比模型储罐直径大10cm的圆台。

进一步，所述模型储油罐直径为50cm。

(三)有益效果

本实用新型的模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置及其方法，结构简单，操作方便，采集数据直观不需要大量的再处理，计算时间短，采用模拟真实的爆炸源，精确采集储油罐的应变状态震动速度等物理量，以此模拟测试储油罐在工程爆破荷载作用下的响应，同一个试验台可反复使用做多组实验，成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型传震台和模型储油罐的安装位置结构示意图；

图2为本实用新型一种模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例一

如图1和图2所示，本实用新型的一种模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置，包括传震台1、模型储油罐2、加速度传感器4、速度传感器5、应变接线桥盒6、第一动态信号分析仪7、爆破测振仪8、屏蔽线9、背爆面三轴45°应变花10、侧面三轴45°应变花11、迎爆面三轴45°应变花12和第二动态信号分析仪13；所述传震台1上设置有若干装药孔3；所述模型储油罐2设置在所述传震台1中心位置；若干所述加速度传感器4及速度传感器5设置在所述模型储油罐2的侧壁上；若干所述背爆面三轴45°应变花10、侧面三轴45°应变花11及迎爆面三轴45°应变花12分别布置在所述模型储油罐2的罐底至罐口；所述爆破测振仪8通过导线与所述速度传感器5连接；所述第一动态信号分析仪7通过导线与所述加速度传感器4连接；所述第二动态信号分析仪13与所述应变接线桥盒6连接，所述应变接线桥盒6另一端通过所述应变接线桥盒6分别与所述背爆面三轴45°应变花10、侧面三轴45°应变花11及迎爆面三轴45°应变花12连接。三轴45°应变花作用就是测试储罐在爆破动荷载作用下罐壁各个位置的应变状况以便研究储罐动荷载作用下的变形特点。

如图1所示，所述传震台1内浇筑木板14，所述浇筑木板14呈扇形分区分布；浇筑时木板分割为扇形有利于保护实验以外扇区传爆台不被炸裂。

如图2所示，所述加速度传感器4、速度传感器5、背爆面三轴45°应变花10及侧面三轴45°应变花11由上至下分布。

所述传震台1由混凝土浇筑而成。所述传震台1形状为圆形；考虑到实验的反复性考虑将实验台做成圆心。

本实施例所述传震台1厚10cm，直径300cm中心留一个直径60cm的圆台。所述模型储油罐2直径为50cm。若干所述装药孔3呈由远及近分布。

一种利用模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置进行实验的方法，包括如下步骤：

步骤一：制作传震台1以及根据现场制作模型储油罐2，在制作混凝土传震台1时需适当提高其强度等级可在混凝土中适当加一些钢纤维等加强以免整个台炸裂(以免出现较大径向裂纹破坏传震台)，混凝土搅拌均匀。其整个混凝土台厚10cm直径300cm，浇筑前如图1均匀放置木板均分为10个扇区，中心留一个直径60cm的圆台不做扇形分区放置模型储油罐，考虑到实验的反复性考虑将实验台做成圆心，浇筑时木板分割为扇形有利于保护实验以外扇区传震台不被炸裂；

步骤二：对背爆面三轴45°应变花10、侧面三轴45°应变花11、迎爆面三轴45°应变花12、屏蔽线9、加速度传感器4、速度传感器5的检测并记录；通过万用表检查背爆面三轴45°应变花10、侧面三轴45°应变花11及迎爆面三轴45°应变花12，屏蔽线9是否正常并记录其各三轴45°应变花的电阻值、屏蔽线9电阻值，查看铭牌记录三轴45°应变花的灵敏度系数及罐壁材料泊松比；检查加速度传感器4，速度传感器5的是否完好，并调节速度传感器5的记录时间和触发电平；记录模型储油罐2材料的屈服强度及厚度；注意由于实验数据采集时各类电波干扰较强，使用带有屏蔽网的屏蔽线9可以明显降低干扰；

步骤三：布置安装实验装置；中心的模型储油罐2需要与传震台1紧密贴合，可用打磨机打磨直至贴合紧密；模型储油罐2直径50cm，其模型储油罐2罐壁上焊制有三个个刚性放置速度传感器5的平台；并将迎爆面三轴45°应变花12，背爆面三轴45°应变花10，侧面三轴45°应变花11由罐底至罐口均贴六个；三个三向加速度传感器4布置于罐体中部底部及罐口用热熔胶固定；

步骤四：调试第一动态信号分析仪7和第二动态信号分析仪13；根据所使用的仪器进行调试方法大致相同根据仪器说明书操作即可不多做说明；说明本设备输入材料及三轴45°应变花线材的基本参数后可直接显示其应变量，其基本参数在步骤二中已做记录；

步骤五：确定模型储油罐2储水量，由远及近打装药孔15装药孔3装药，储水量可由1/4 1/2 3/4 1各做一组实验或是根据实际现场罐体储量调节以便模拟其真实状态储水前转动模型储罐将迎爆面应变片正对预爆扇区的炮孔；为避免空孔应力集中破坏试验台实验(浇筑混凝土)时不预留炮孔，利用转机由远及近边做边打孔此实验按照距罐中心145cm向内每隔24cm打一个孔经行装药由于本实验台较小选择直接用导爆管雷管实验不需用其他炸药单发导爆管雷管药量约为0.5g的黑索金；其孔径要适当大于雷管直径有利于保护混凝土台装药直径与孔径取1：1.5。

步骤六：准备采集、检查起爆线路，装药，连线，为避免爆炸碎片等破坏装药后需要经行沙袋土堆覆盖，起爆。

步骤七：经行数据分析，由于实验采集的数据都是直接量可直接读取后进行处理分析得出不同储液高度不同距离爆源位置模型储油罐2在爆炸冲击荷载作用下的响应特点。

加速度传感器4、速度传感器5、背爆面三轴45°应变花10、侧面三轴45°应变花11及迎爆面三轴45°应变花12可以根据实际需要而进行数量选择，本实施例采用加速度传感器4及速度传感器5为三个，背爆面三轴45°应变花10、侧面三轴45°应变花11及迎爆面三轴45°应变花12为六个。

实例：测试距模型储油罐2中心145cm的爆源1发雷管爆炸冲击荷载作用下1/4储液高度模型储油罐2的响应规律。

步骤一：根据图1制作扇形分区混凝土传震台1，其直径300cm，分隔缝长30cm宽0.5cm分为10个扇区。并通过几何缩尺模型使用相同材料制作罐体对罐壁简化缩尺为等壁厚对模型缩尺进行验算。利用木板做为模型储油罐2浮顶，研究对象为罐壁，这样的简化几乎对实验没有影响。

步骤二：万用表检测背爆面三轴45°应变花10、侧面三轴45°应变花11及迎爆面三轴45°应变花12的好坏测其电阻约为119.9Ω其一卷屏蔽线切成10m长若干根其电阻为0.7Ω/10m，三轴45°应变花灵敏度为2.08，罐壁材料屈服强度为235MPa其泊松比为0.25。调试速度传感器5采集时间为5秒。其触发电平通过试爆测其真实震速并调触发电平比起实际波速略小即可防治采集到过多干扰文件。

步骤三：布置安装实验仪器，在迎爆面、背爆面、侧面各贴一组三轴45°应变花，即迎爆面三轴45°应变花12，背爆面三轴45°应变花10，侧面三轴45°应变花11由罐底至罐口均贴六个。并将三个速度传感器5放置在焊制的三个平台上用石膏固定，贴片后用万用表检测记录其各三轴45°应变花的阻值，并根据图2所示连接线路根据三轴45°应变花接法连接桥盒本实验采用1/4桥接线按桥盒说明接线即可。

步骤四：调试动态信号分析仪，并将步骤二步骤三中记录的基本参数输入到仪器中。

步骤五：选择其中任意一个扇区作为实验扇区并画出此扇区径向中心线转动罐子时迎爆面应变片正对此扇区中心线储罐装水至1/4标线，利用电转在此扇区中心线上距模型储罐中心125cm的位置打直径1cm的孔。

步骤六：各仪器调试平衡。检查起爆线路导电性，起爆器是否充电，起爆针是否能激发高能电火花，然后短接起爆导线，雷管放入装药孔3中连接线路盖上防护沙袋土袋。做好警戒，点击采集后倒计时起爆。再选择两个扇区分别重复以上六个步骤完成距模型储油罐2中心145cm的爆源1发雷管爆炸冲击荷载作用下1/4储液高度模型储油罐2的数据采集；

步骤七：各测点取三次实验的平均值作为真实值，经行数据分析，由于实验采集的数据都是直接量可直接读取后进行处理分析得出1/4储液高度距离爆源125cm位置储油罐在爆炸冲击荷载作用下的响应特点。

综上所述，上述实施方式并非是本实用新型的限制性实施方式，凡本领域的技术人员在本实用新型的实质内容的基础上所进行的修饰或者等效变形，均在本实用新型的技术范畴。

Claims (7)

1.一种模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置，其特征在于：包括传震台、模型储油罐、加速度传感器、速度传感器、应变接线桥盒、第一动态信号分析仪、爆破测振仪、屏蔽线、背爆面三轴45°应变花、侧面三轴45°应变花、迎爆面三轴45°应变花和第二动态信号分析仪；所述传震台上设置有若干装药孔；所述模型储油罐设置在所述传震台中心位置；若干所述加速度传感器及速度传感器设置在所述模型储油罐的侧壁上；若干所述背爆面三轴45°应变花、侧面三轴45°应变花及迎爆面三轴45°应变花分别布置在所述模型储油罐的罐底至罐口；所述爆破测振仪通过导线与所述速度传感器连接；所述第一动态信号分析仪通过导线与所述加速度传感器连接；所述第二动态信号分析仪与所述应变接线桥盒连接，所述应变接线桥盒另一端通过所述应变接线桥盒分别与所述背爆面三轴45°应变花、侧面三轴45°应变花及迎爆面三轴45°应变花连接。

2.根据权利要求1所述的模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置，其特征在于：所述传震台内浇筑木板，所述浇筑木板沿试验台径向均匀分布，呈扇形分区。

3.根据权利要求1所述的模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置，其特征在于：所述加速度传感器、速度传感器、背爆面三轴45°应变花及侧面三轴45°应变花由上至下分布。

4.根据权利要求1所述的模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置，其特征在于：所述传震台由拌制均匀的混凝土浇筑而成。

5.根据权利要求1所述的模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置，其特征在于：所述传震台形状为圆形。

6.根据权利要求1所述的模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置，其特征在于：所述传震台厚10cm至15cm、直径300cm至500cm，中心留一个直径比模型储罐直径大10cm的圆台。

7.根据权利要求1至6任一项所述的模拟储油罐在爆炸冲击荷载作用下响应的实验装置，其特征在于：所述模型储油罐直径为50cm。