[發(fā)明專利]一種確定具有軸向靜載荷的彈性桿中入射波大小的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210244441.7
• 申請(qǐng)日: 2012-07-16
• 公開（公告）號(hào): CN102735374A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金解放;李夕兵;常軍然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/00
• 分類號(hào): G01L1/00
• 代理公司: 贛州凌云專利事務(wù)所 36116
• 代理人: 曾上

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及介質(zhì)中入射波大小的計(jì)算方法，特別是一種確定具有軸向靜載荷的彈性桿中入射波大小的方法。

背景技術(shù)

在沖擊動(dòng)力學(xué)理論研究和工程實(shí)際應(yīng)用中，由于爆炸或高速撞擊作用，介質(zhì)中入射波大小一直是重要研究?jī)?nèi)容之一。如圖1所示，無(wú)軸向靜載荷的兩彈性桿共軸撞擊時(shí)，入射波的大小已有較為詳盡的研究，建立了入射波大小與沖擊速度的關(guān)系：其中，ρ₁c₁為沖頭的波阻抗，ρ₂c₂為彈性桿的波阻抗，v為沖頭的撞擊速度，A₁和A₂分別為沖頭和彈性桿的橫截面面積。隨著各類工程建設(shè)和大型試驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)的需要，越來(lái)越多的工程結(jié)構(gòu)(或介質(zhì))承受載荷形式為具有一定靜載荷下的動(dòng)力擾動(dòng)，例如深部巖體工程的爆破開挖過(guò)程中，圍巖在遭受爆破沖擊載荷時(shí)，已經(jīng)承受了不同大小的地應(yīng)力；動(dòng)靜組合加載試驗(yàn)裝置中入射桿和透射桿承受的載荷形式是具有一定軸向靜載荷下的沖擊載荷。對(duì)具有一定預(yù)應(yīng)力的彈性桿(或介質(zhì))，應(yīng)力波在其中的傳播規(guī)律，已取得了相對(duì)完善的理論體系，得出初始應(yīng)力對(duì)不同類型彈性波耗散衰減和傳播相速度變化的影響規(guī)律。目前，對(duì)具有一定軸向靜載荷的彈性桿(介質(zhì))進(jìn)行沖擊時(shí)，入射波的大小可以通過(guò)彈性桿上黏貼的應(yīng)變片(或傳感器)進(jìn)行測(cè)量，然而在黏貼或安裝應(yīng)變片或傳感器過(guò)程中存在許多不可避免的偶然因素，加上測(cè)試系統(tǒng)本身因靈敏性具有一定的誤差等，致使測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。對(duì)具有一定軸向靜載荷的彈性桿進(jìn)行共軸沖擊時(shí)，沒有關(guān)于入射波大小的理論求解方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是克服上述不足，提供一種簡(jiǎn)便易行、計(jì)算精確可靠的確定具有軸向靜載荷的彈性桿中入射波大小的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種確定具有軸向靜載荷的彈性桿中入射波大小的方法，包括彈性桿和沖頭的波阻抗ρc，橫截面面積A的測(cè)量計(jì)算，軸向靜載荷σ_s和沖頭撞擊速度v的測(cè)定，進(jìn)而計(jì)算得出具有軸向靜載荷的彈性桿上入射波的大小，計(jì)算式為：其中σ_I為具有軸向靜載荷的彈性桿中的入射波大小，ρ₁c₁為沖頭(撞擊桿)的波阻抗，ρ₂c₂為彈性桿(被撞擊桿)的波阻抗，v為沖頭的撞擊速度，A₁和A₂分別為沖頭和彈性桿的橫截面面積，σ_s為彈性桿中軸向靜載荷大小。

詳細(xì)描述如下：

(1)由于沖頭和彈性桿都為圓柱體桿件，可利用游標(biāo)卡尺測(cè)量出各自的橫截面直徑D₁和D₂，進(jìn)而計(jì)算出相應(yīng)的橫截面面積A₁和A₂，其計(jì)算方法為：其中，A為橫截面面積，D為直徑，π為圓周率，為定值。利用鋼尺測(cè)量出沖頭和彈性桿的長(zhǎng)度L₁和L₂，進(jìn)而可以計(jì)算出各自的體積V₁和V₂，其計(jì)算方法為：V＝AL，其中，V、A、L分別為沖頭或彈性桿的體積、橫截面面積、長(zhǎng)度。測(cè)算沖頭和彈性桿的體積是為計(jì)算沖頭和彈性桿的密度做準(zhǔn)備。

(2)介質(zhì)波阻抗ρc為其密度ρ和縱波波速c的乘積。密度ρ的計(jì)算方法為：式中：m分別為沖頭和彈性桿的質(zhì)量，可利用精度較高電子稱進(jìn)行測(cè)量，V為沖頭和彈性桿的體積，常見彈性材料的密度可查閱相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)得到。縱波波速c可利用聲波測(cè)速儀進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量的方法是在待測(cè)量桿件兩橫截面上均勻涂抹一層黃油，然后分別居中黏貼上聲波測(cè)速儀的發(fā)射和接收探頭，測(cè)量出聲波在被測(cè)量桿件中的傳播時(shí)間t，進(jìn)而由下式計(jì)算出沖頭和彈性桿的縱波波速c₁和c₂：式中，c，L和t分別為沖頭或彈性桿的縱波波速，長(zhǎng)度和聲波的傳播時(shí)間。進(jìn)而得出沖頭和彈性桿的波阻抗ρ₁c₁和ρ₂c₂。

(3)將彈性桿水平放置，利用現(xiàn)有的軸向加載裝置施加軸向靜載荷，利用軸向加載裝置的顯示系統(tǒng)讀出軸向靜載荷σ_s的大小。

(4)在沖頭發(fā)射腔與彈性桿間放置激光測(cè)速儀，測(cè)定計(jì)算沖頭撞擊彈性桿時(shí)的速度v，其計(jì)算式為：其中，其中l(wèi)為激光測(cè)速儀兩光源間的距離，Δt為沖頭通過(guò)兩光源的時(shí)間。