[發明專利]混凝土介質內沖擊波壓力測量裝置和方法

有效

• 申請號: 201510075575.4
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104596870B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 胡宏偉;郭煒;宋浦;馮海云;王鋼
• 申請（專利權）人: 西安近代化學研究所
• 主分類號: G01N3/313
• 分類號: G01N3/313
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心11011
• 代理人: 梁勇

技術領域

本發明屬于爆炸沖擊測試技術領域，主要涉及一種測量固體介質中沖擊波壓力測量裝置和方法，具體一種測量混凝土介質中沖擊波壓力測量裝置和方法。

背景技術

隨著軍事防御的發展，大批具有戰略價值的軍事目標(如指揮所、控制和通訊站等)轉入地下深層，而且許多目標均為堅固的混凝土結構。例如反機場跑道的武器用的侵徹子母彈，通過大面積的拋灑子彈，利用動能使子彈侵徹入混凝土內部爆炸，使跑道產生足夠大的彈坑或使混凝土層產生凸起，在跑道上不留下任何可能供飛機起降的完整路面，并使其在短期內難以修復，從而達到阻止飛機起飛，控制制空權的目的。因此，在軍事領域，如何有效地攻擊混凝土目標、增強混凝土設施的抗攻擊能力，都需要研究混凝土結構內的沖擊應力，為侵徹武器的研究以及防護材料/結構的性能改進研究提供必要的數據和理論。

然而，混凝土是具有大量缺陷的非均勻脆性材料，材料的動態本構關系、爆炸載荷與介質的耦合作用、介質在爆炸沖擊波作用下的失效方式以及脆性材料的裂紋和破碎機制等研究，由于受到測試技術和成本等因素的限制，研究工作具有很大的難度。

現有的混凝土中沖擊波壓力測試技術方案是將壓力傳感器預先埋設在混凝土中，固化完成后再進行壓力測量，這種測量方法存在以下問題：(1)傳感器安裝定位難。壓力傳感器的敏感面不能與爆心完全垂直，且在澆筑過程中容易受到位置易發生位置和偏轉，導致傳感器敏感面與爆心不能在同一平面或沖擊波傳播方向與傳感器的法線不在一條直線上；(2)爆心定位難。傳感器與爆心的距離很難精確定位，在澆筑過程中也不容易保證定位管是與地面垂直的，而且定位管較輕時容易上浮，較重時容易下沉；(3)壓力傳感器與混凝土介質的結合界面。固化過程中壓力傳感器與混凝土介質之間可能產生空隙，導致二者不能緊密結合，從而影響測量結果。

對于裝藥在混凝土介質內部爆炸的沖擊波的測量，國內學者利用錳銅和壓電壓力傳感器做了一定量的工作，但由于阻抗匹配性差、傳感器的測試距離和敏感面的方向難于精確控制，導致測試重復性差、精度也較低，誤差大多在50％以上，有的甚至達幾倍，各單位的測試數據差異也較大，目前還沒有較合理和完善的方法。

本發明申請人對國內外專利文獻和公開發表的期刊論文檢索，尚未發現與本發明密切相關和一樣的報道或文獻。

發明內容

本發明的目的是針對混凝土介質內爆炸沖擊波壓力測量重復性差、精度較低，還沒有較準確測量方法的現狀，設計了一種成本較低、精度較高的測量裝置和方法，可用于炸藥裝藥在混凝土等固體介質內爆炸沖擊波壓力的測量。

本發明是一種混凝土介質內沖擊波壓力測量裝置，由炸藥裝藥、固定結構件、膜片壓力傳感器、混凝土板組成，其中固定結構件包括固定支架頂板、螺桿、固定支架底板和螺帽。本發明的測量裝置為多層混凝土板結構，膜片壓力傳感器安裝在混凝土板表面的幾何中心，夾裝于兩層混凝土板之間，炸藥裝藥位于最頂層混凝土板的幾何中心，炸藥裝藥的中心軸線、膜片壓力傳感器的敏感點和混凝土板的幾何中心位于混凝土板的中心軸線上；多層混凝土板結構放置在固定支架底板上，固定支架頂板放置在最頂層混凝土板或炸藥裝藥上端，利用螺桿連接固定支架頂板上的螺孔和固定支架底板的螺孔，螺帽擰在螺桿的兩端，將炸藥裝藥、膜片壓力傳感器和混凝土板緊固。

本發明的實現還在于：混凝土板的形狀或為立方體或為圓柱體，混凝土板的表面經過精細打磨，使兩層混凝土板的接觸面能夠緊密結合，盡量降低混凝土板的接觸面之間空隙帶來的實驗誤差。

本發明的實現還在于：膜片壓力傳感器安裝在混凝土板的表面幾何中心，炸藥裝藥的中心軸線、膜片壓力傳感器的敏感點和混凝土板的幾何中心都位于同混凝土板的中心軸線上，用于控制膜片傳感器敏感面的位置和方向，提高試驗精度。

本發明的實現還在于：混凝土板上的線槽可將導線引出，保證混凝土板之間的緊密結合。

本發明還是一種利用混凝土介質內爆炸沖擊波壓力測量方法，混凝土介質內沖擊波壓力測量包括以下步驟：

①依據試驗所需測量的壓力范圍和點數，確定膜片壓力傳感器的類型、數量和混凝土板的厚度，傳感器一般選用膜片壓力傳感器，其體積較小、厚度≤0.2mm，與混凝土介質的匹配性較好；

②依據膜片壓力傳感器的長度和混凝土板的半徑或邊長確定裝配方式，混凝土板的半徑或1/2邊長小于膜片壓力傳感器的敏感點與傳輸電纜焊點之間的距離時，直接進行安裝；混凝土板的半徑或1/2邊長大于膜片壓力傳感器的敏感點與傳輸電纜的焊點之間的距離時，通過混凝土板上的線槽將導線引出，使兩層混凝土板接觸面的緊密結合；