CN209841527U - 一种用于爆炸加载霍普金森杆试验的夹心波形整形装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于爆炸加载霍普金森杆试验的夹心波形整形装置，包括：依前后次序同轴设置在混凝土长杆试件前端面的钢垫板Ⅰ、混凝土垫块、钢垫板Ⅱ，所述的钢垫板Ⅱ设置在混凝土长杆试件的前端面，混凝土垫块设置在钢垫板Ⅰ与钢垫板Ⅱ之间，炸药设置在钢垫板Ⅰ的前端面；所述的钢垫板Ⅰ、混凝土垫块、钢垫板Ⅱ的直径均与混凝土长杆试件的直径相同。本实用新型的有益效果是：本装置结构简单，对爆炸加载霍普金森杆试验中的波形优化控制能达到较好的试验效果，可以较好地降低爆炸冲击波的峰值并优化波形的上升沿。
Description
技术领域
本实用新型涉及霍普金森杆试验设备，具体是一种用于爆炸加载霍普金森杆试验的夹心波形整形装置。
背景技术
混凝土一维杆化爆层裂试验是通过在霍普金森杆试件一端施加化爆产生的强动载实现高应变率条件下的爆炸冲击波作用下混凝土层裂试验研究。混凝土一维杆化爆层裂试验中，炸药直接爆炸所产生的爆炸冲击波具有极高的加载率和应力峰值，大大高于混凝土能承受的压缩破坏强度，若将此冲击波直接施加于混凝土长杆试件上，则试件受载端面及附近区域因应力远超过其压缩强度而破碎，进而影响冲击波继续在其中传播，为此需要在炸药和试件之间加入波形整形装置来优化施加在试件上的应力波。
目前，专利CN200620031883.3提出的波形整形装置是在试件前端增加预加载杆，并在预加载杆前端面设置整形纸质垫片，由于纸的变形模量低，柔性大，植物纤维织物中有大量空隙，体积压缩大，将大大削低应力脉冲的峰值，进而牺牲试验测试材料的应变率，同时入射波形的上升延时不能够满足脆性材料的破坏特性要求，即应力均匀假设；专利CN201120238995.7提出的波形整形装置是一种贴在试件前端面的圆形金属薄垫片，其厚度为1—2㎜，直径为15—45㎜，采用黄铜或者紫铜或者铝片制成，但其针对的是子弹撞击入射杆时的波形整形问题。而混凝土一维杆化爆层裂试验使用的是炸药，纸质垫片和较薄的金属垫片均无法在此类试验中起到很好的作用。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种用于爆炸加载霍普金森杆试验的夹心波形整形装置，可以有效解决混凝土一维杆化爆层裂试验中波形紊乱，难以得到有效波形数据的问题。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种用于爆炸加载霍普金森杆试验的夹心波形整形装置，包括：依前后次序同轴设置在混凝土长杆试件前端面的钢垫板Ⅰ、混凝土垫块、钢垫板Ⅱ，所述的钢垫板Ⅱ设置在混凝土长杆试件的前端面，混凝土垫块设置在钢垫板Ⅰ与钢垫板Ⅱ之间，炸药设置在钢垫板Ⅰ的前端面；所述的钢垫板Ⅰ、混凝土垫块、钢垫板Ⅱ的直径均与混凝土长杆试件的直径相同。
所述的钢垫板Ⅰ与钢垫板Ⅱ的厚度均为10㎜，混凝土垫块的厚度为150㎜。
本实用新型的有益效果是：本实用新型是根据理论分析，并在大量化爆试验经验的基础上提出并设计了“钢垫块—混凝土垫块—钢垫块”夹心整形装置来对爆炸冲击波进行整形；本装置结构简单，对爆炸加载霍普金森杆试验中的波形优化控制能达到较好的试验效果，可以较好地降低爆炸冲击波的峰值并优化波形的上升沿。
附图说明
图1为本实用新型在爆炸加载霍普金森杆试验中的示意图。
图2为本实用新型的局部放大示意图。
图3为实施例中测点Ⅰ的冲击波波形模拟图。
图4为实施例中测点Ⅲ的冲击波波形模拟图。
图5为实施例中测点Ⅱ的冲击波波形模拟图。
图中，1、钢垫板Ⅰ，2、钢垫板Ⅱ，3、混凝土垫块，4、装药部，5、PVDF应力计，6、混凝土长杆试件，7、测点Ⅰ，8、测点Ⅱ，9、测点Ⅲ。
图3、图4、图5中，X轴为时间，单位为毫秒（ms）,Y轴为压强，单位为兆帕（MPa）。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型做进一步的详细说明。
如图1所示，一种用于爆炸加载霍普金森杆试验的夹心波形整形装置，包括：依前后次序同轴设置在混凝土长杆试件前端面的钢垫板Ⅰ1、混凝土垫块3、钢垫板Ⅱ2，所述的钢垫板Ⅱ2设置在混凝土长杆试件6的前端面，混凝土垫块3设置在钢垫板Ⅰ1与钢垫板Ⅱ2之间，炸药4设置在钢垫板Ⅰ1的前端面；所述的钢垫板Ⅰ1、混凝土垫块3、钢垫板Ⅱ2的直径均与混凝土长杆试件6的直径相同。
所述的钢垫板Ⅰ1与钢垫板Ⅱ2的厚度均为10㎜，混凝土垫块3的厚度为150㎜。
试验说明：试验时，将布设有传感器的混凝土长杆试件6按试验要求安放到位，试件加载端面用水泥粘贴一个同直径的“钢垫板—混凝土垫块—钢垫板”组成的夹心波形整形装置，整形装置外紧贴装药部4，试件6自由端面附近的杆处于悬空状态以利于自由平抛，自由端下方为一层裂片回收沙盘。作用原理为：当炸药起爆后，爆轰波将迅速传播到紧贴装药部的夹心波形整形装置，在整形装置的缓冲和整形作用下，爆轰波波形得到相应的优化调整并传入混凝土长杆试件中，试件6与整形装置间布设的PVDF应力计5记录施加在试件加载端的爆炸冲击波应力历史，随后爆炸冲击波向杆内传播。
如图2所示，为了考察爆炸冲击波在钢垫板—混凝土垫块—钢垫板夹心整形装置中传播演化时对爆炸冲击波的整形规律，我们使用AUTODYN对TNT炸药产生的爆轰波经过直径100mm厚170mm的整形装置后的整形效果进行了数值模拟，试验中，在钢垫板Ⅰ的前端面设置了测点Ⅰ7，在混凝土垫块前端面设置了测点Ⅲ9，在钢垫板Ⅱ的后端面设置了测点Ⅱ8。
在直径100㎜的霍普金森杆试验中，使用的钢垫板Ⅰ1、钢垫板Ⅱ2均为10㎜厚，混凝土垫块3的厚度为150㎜。测试结果如下：
炸药起爆后爆轰波传播到夹心整形装置钢垫板Ⅰ1中时，测点Ⅰ7处的波形模拟是典型的爆炸冲击波波形（也叫Taylor波形），冲击波峰值达到11000 MPa，如图3所示。
冲击波经钢垫板Ⅰ1的第一次整形后波形传到混凝土垫块3后，测点Ⅲ9处的波形有所振荡，但冲击波峰值已降到2000MPa，如图4所示。
经过混凝土垫块3二次整形和钢垫板Ⅱ2的三次整形，传入混凝土长杆试件6中的冲击波在测点Ⅱ8处的波形上升沿有所平缓，冲击波峰值也大大降低，达到175MPa，如图5所示。
模拟结果表明通过在炸药和试件之间加入“钢垫板—混凝土垫块—钢垫板”夹心波形整形装置可以较好地降低爆炸冲击波的峰值并优化波形的上升沿。
本实用新型未详述部分为现有技术。
Claims (2)
1.一种用于爆炸加载霍普金森杆试验的夹心波形整形装置，其特征是：包括：依前后次序同轴设置在混凝土长杆试件前端面的钢垫板Ⅰ、混凝土垫块、钢垫板Ⅱ，所述的钢垫板Ⅱ设置在混凝土长杆试件的前端面，混凝土垫块设置在钢垫板Ⅰ与钢垫板Ⅱ之间，炸药设置在钢垫板Ⅰ的前端面；所述的钢垫板Ⅰ、混凝土垫块、钢垫板Ⅱ的直径均与混凝土长杆试件的直径相同。
2.根据权利要求1所述的一种用于爆炸加载霍普金森杆试验的夹心波形整形装置，其特征是：所述的钢垫板Ⅰ与钢垫板Ⅱ的厚度均为10㎜，混凝土垫块的厚度为150㎜。
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