[发明专利]可实现材料水下爆炸冲击波冲击压缩的等效加载实验装置

说明书

本发明公开了一种可实现材料水下爆炸冲击波冲击压缩的等效加载实验装置。主要包括发射系统、测速系统、水舱系统、液压系统、测量系统共五个部分。发射系统与水舱系统呈一字型水平布置，发射系统发射管口与高压水舱头部端口相对，测速系统安装在发射管口，水舱系统主体部分包括两水舱和一透射杆。利用子弹撞击水舱系统，可将子弹的动能转化为水舱内冲击波的能量。本发明可在不使用炸药条件下获得多种水深环境下的爆炸冲击波，同时可完成对多种材料的水下爆炸冲击波作用下的动态冲击压缩力学行为分析，具有可重复性强，安全性高，实验成本低，操作简单等优点。

技术领域

本发明涉及的是一种爆炸与冲击动力学实验装置，特别是通过撞击产生等效水下爆炸冲击波载荷及其作用下测试材料动态冲击压缩力学性能的实验装置。

背景技术

海洋工程结构通常在海水腐蚀、高低温、瞬态冲击荷载等恶劣环境下工作，承受的主要冲击载荷包括碰撞、三维流体载荷作用等。此外，舰船结构还面临武器打击威胁，须应对来自于水面和水下的爆炸载荷作用。目前，对于水下爆炸冲击波作用在海洋结构物上的实验研究较少，而是主要利用ABAQUS、LS-DYNA、AUTODYN等有限元仿真软件进行模拟研究，由于缺少必要的实验验证很难证明软件仿真的准确性。因而，通过实验手段研究海洋结构物和材料在水下爆炸冲击波载荷作用下的抗冲击作用显得尤为重要。现有的实验手段集中在水池爆炸实验和等效靶板实验，由于传统爆炸实验的可控性差、效率低、成本高、危险系数高、对实验环境要求高等缺点，设计一种可实现材料水下爆炸冲击波冲击压缩的等效加载实验装置及其测试方法将具有重要的工程意义。

目前，相关水下爆炸等效加载实验装置的研究在国内外相对较少。美国西北大学于2006年研究了直接碰撞转水中脉冲经扩张涵道测试蜂窝夹层复合材料板系统。2010年，美国佐治亚理工大学研究直接碰撞转水中脉冲经等截面涵道测试夹层复合材料板系统。国内，北京理工大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学近几年分别进行了水下爆炸等效加载实验装置的设计与研究，取得了一定的进展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在不使用炸药的情况下能够实现多种水深环境下的水下爆炸冲击波等效加载，可实现对多种材料水下爆炸冲击作用下的动态冲击压缩力学行为研究的可实现材料水下爆炸冲击波冲击压缩的等效加载实验装置。

本发明的目的是这样实现的：

包含发射系统、测速系统、高压水舱系统、测量系统和液压系统，

所述发射系统包括发射管和位于发射管前端的高压气室，

所述高压水舱系统包括试验水舱、轴向加载水舱、透射杆、阻挡片，试验水舱与轴向加载水舱之间通过压力连接杆连接，试验水舱上开有试验水舱放气孔、试验水舱注水口、冲击波测量装置安装口，轴向加载水舱上开有轴向加载水舱注水口、轴向加载水舱放气孔，阻挡片安装在试验水舱前端，透射杆的前端伸入试验水舱、后端伸入轴向加载水舱，待测材料试样安装在透射杆的前端，

所述测量系统包括应变片、高频压电传感器、信号放大处理器、动态应变仪、示波器、计算机，高频压电传感器安装在冲击波测量装置安装口内并通过信号传输线将电信号传输到信号放大放大器，信号放大处理器通过数据传输线将处理后的电信号传输到计算机，应变片粘贴在透射杆上，应变片通过引线连接至动态应变仪，动态应变仪通过数据连接线连接计算机，

所述液压系统包括低压水箱、换压器和油泵，低压水箱通过第一高压水管与换压器相连，换压器通过第二高压水管与试验水舱注水口和轴向加载水舱注水口相连，换压器通过高压油管连接油泵，

所述发射系统与水舱系统呈一字型水平布置，即发射管端口与试验水舱前端相对，激光测速系统固定安装在发射管壁后端。

本发明还可以包括：