一种基于一维应变条件的爆炸加载装置的制作方法

本实用新型涉及冲击防护工程领域，具体涉及一种基于一维应变条件的爆炸加载装置。

背景技术：

多孔材料由于具有轻质化、削波和恒定反馈载荷等抗冲击特性被广泛应用于防护设计。通常情况下，弹塑性多孔材料相关测试的力学性能多与真实受力情况相符，其胞体被挤压坍塌之后，内部的空间被完全释放，并不会带来横向尺寸的明显变化。因此，弹塑性多孔材料在一维应力加载和一维应变加载下的应力应变曲线一致，并且都会出现应力平台，其中，应力平台是评价其吸收冲击能量的重要参数。然而，对于脆性多孔材料而言，如多孔混凝土、泡沫陶瓷等，情况则有所不同。脆性多孔材料在没有侧向约束进行压缩的情况下（即一维应力加载），其变形并不是沿着轴向的，而是沿着剪切滑移面产生明显的横向移动，同时脆性多孔材料的内部极易产生应力集中，从而造成材料的崩裂和脱落。因此，脆性多孔材料在一维应力加载下的力学性能与真实受力情况不符，需要进行大试件的局部加载实验，即需要满足一维应变加载条件。另外，脆性多孔材料在一维应力加载下不存在明显的应力平台段，无法判断其吸收冲击能量的能力。目前，有研究人员利用钢套筒约束试件横向变形的方法，实现脆性多孔材料的一维应变准静态压缩实验，但未涉及到爆炸冲击作用下的一维应变加载方法。另外，脆性多孔材料一维应变准静态加载下的力学特性不能完全反映出其在爆炸冲击作用下的力学响应。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于一维应变条件的爆炸加载装置，该装置避免采用大试件的局部爆炸加载实验来满足一维应变加载条件，并能增加对爆炸加载过程中实验参数的测量，同时能观察到试件压缩过程。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：

一种基于一维应变条件的爆炸加载装置，其特征在于，包括用于爆炸冲击的加载模块、用于实现一维应变的约束模块以及用于实验数据采集的测量模块。所述加载模块包括起爆器、炸药、容器以及介质，其中，所述容器装有用于将爆炸载荷均匀传递到试件上的介质，而所述炸药放置在介质中，所述起爆器用于引爆炸药。所述约束模块包括开有观察窗的钢管、上金属板、下金属板，所述观察窗沿钢管轴向开设，其内部的宽度大于外部。所述上金属板的直径略小于钢管直径，其位于试件上表面，用于传递载荷。所述下金属板固定在支撑结构上，并位于试件下表面。所述测量模块包括支撑结构、用于测量背板运动速度的激光干涉测速仪、用于测量作用压力的传感器、用于测量空气超压的传感器、用于观察材料压缩过程的高速摄像机、用于测量钢管变形的应变片以及用于采集数据的示波器。所述测量作用压力的传感器位于试件上下表面，所述激光干涉测速仪与测量空气超压的传感器位于下金属板背面并保持合理距离。

本实用新型的一个优选方案，所述容器为圆柱状，其放置在上金属板上，底部采用柔性塑料膜密封，有利于将爆炸载荷均匀传递给上金属板；容器的直径略小于所述的钢管，其高度根据炸药位置进行调节。

本实用新型的一个优选方案，所述炸药的类型、药量以及与所述上金属板的距离需要根据实验载荷大小进行调节。

本实用新型的一个优选方案，所述观察窗的高度与试件高度一样，其外部宽度应大于材料的三倍孔径，所述观察窗设置有高强度的透明材料，用于满足一维应变加载条件。

本实用新型的一个优选方案，所述钢管与支撑结构以及下金属板采用螺栓连接，且下金属板位于中间。

本实用新型的一个优选方案，所述测量作用压力的传感器为薄片状，其最大限度减少对试件的干扰。

本实用新型的一个优选方案，所述激光干涉测速仪与测量空气超压的传感器的固定杆可以伸缩。

一种基于一维应变条件的爆炸加载装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）固定并调整激光干涉测速仪与压力传感器的位置；

（2）将测量作用压力的传感器贴在下金属板上表面；

（3）将钢管与支撑结构以及下金属板采用螺栓连接；

（4）在钢管周向贴上一个应变片；

（5）将试件放入钢管中；

（6）将上金属板放置在试件上；

（7）将测量作用压力的传感器贴在上金属板上表面；

（8）将容器（下端用塑料薄膜封口的PVC管）放置在上金属板上；

（9）将炸药在容器中固定好；

（10）往容器中注入适量的介质；

（11）连接数据采集的线路；

（11）调整高速摄像机，使其对准观察窗；

（12）准备就绪后起爆炸药。

本实用新型的基于一维应变条件的爆炸加载装置的工作原理是：

本实用新型的爆炸加载装置利用介质将爆炸载荷传递给上金属板，上金属板通过向下运动压缩试件，同时通过钢管轴向约束实现试件的一维应变爆炸加载，然后通过高速摄影观察试件压缩过程，并通过传感器测量不同位置的压力曲线。

本实用新型与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本实用新型提供的爆炸加载装置避免采用大试件的局部爆炸加载实验来满足一维应变加载条件，大大减少实验工作量；

2、本实用新型提供的爆炸加载装置能增加对爆炸加载过程中实验参数的测量，同时能观察到试件压缩过程；

3、本实用新型提供的爆炸加载装置提供的爆炸载荷稳定，并能根据实际需求进行调节。

附图说明

图1为本实用新型的基于一维应变条件的爆炸加载装置的一个具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

参见图1，本实用新型的基于一维应变条件的爆炸加载装置，其特征在于，包括炸药1、容器2、介质3、上金属板4、用于测量作用压力的传感器5、应变片6、试件7、钢管8、下金属板9、支撑机构10、激光干涉测速仪11、用于测量空气超压的传感器12、起爆器13、观察窗14、示波器15以及高速摄像机16。

参见图1，所述容器2装有用于将爆炸载荷均匀传递到试件上的介质3，而所述炸药1放置在介质3中，所述起爆器13用于引爆炸药1。

参加图1，所述观察窗14沿钢管8的轴向开设，其内部的宽度大于外部。

参见图1，所述上金属板4的直径略小于钢管8直径，其位于试件7上表面，用于传递爆炸载荷。

参见图1，所述下金属板9固定在支撑结构10上，并位于试件7下表面。

参见图1，所述测量作用压力的传感器5位于试件7上下表面，所述激光干涉测速仪11与测量空气超压的传感器12位于下金属板9背面并保持合理距离。

参见图1，所述应变片6粘贴在钢管8外表面的轴向方向上。

参见图1，所述容器2为圆柱状，其放置在上金属板4上，底部采用柔性塑料膜密封，有利于将爆炸载荷均匀传递给上金属板4；容器2的直径略小于所述的钢管8，其高度根据炸药1位置进行调节。

参见图1，所述炸药1的类型、药量以及离所述上金属板4的距离需要根据实验载荷大小进行调节。

参见图1，所述观察窗14的高度与试件7高度一样，其外部宽度应大于材料的三倍孔径，所述观察窗14设置有高强度的透明材料，用于满足一维应变加载条件。

参见图1，所述钢管8与支撑结构10以及下金属板9采用螺栓连接，且下金属板9位于中间。

参见图1，所述测量作用压力的传感器5为薄片状，其最大限度减少对试件的干扰。

参见图1，所述激光干涉测速仪11与测量空气超压的传感器12的固定杆可以伸缩。

参见图1，本实施例的基于一维应变条件的爆炸加载装置的使用方法包括以下步骤：

（1）固定并调整激光干涉测速仪11与压力传感器12的位置；

（2）将测量作用压力的传感器5贴在下金属板上表面；

（3）将钢管8与支撑结构10以及下金属板9采用螺栓连接；

（4）在钢管8周向贴上一个应变片6；

（5）将试件7放入钢管8中；

（6）将上金属板4放置在试件7上；

（7）将测量作用压力的传感器5贴在上金属板4上表面；

（8）将容器2（下端用塑料薄膜封口的PVC管）放置在上金属板4上；

（9）将炸药1在容器2中固定好；

（10）往容器2中注入适量的介质3；

（11）将数据采集的线路连接到示波器15；

（11）调整高速摄像机16，使其对准观察窗14；

（12）准备就绪后用起爆器13起爆炸药1。

参见图1，下面结合附图对本实用新型的基于一维应变条件的爆炸加载装置的工作原理作进一步描述：

本实用新型的爆炸加载装置利用介质3将爆炸载荷传递给上金属板4，上金属板4通过向下运动压缩试件7，同时通过钢管8轴向约束实现试件的一维应变爆炸加载，然后通过高速摄像机16观察试件压缩过程，并通过不同传感器5、6、11、12测量不同位置的实验数据。

上述为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。