[發明專利]一種測量材料在水下爆炸作用下動態響應的實驗裝置

有效

• 申請號: 201710378476.2
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107101873B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 楊麗紅;龐躍釗;于國財;曲嘉;吳林志
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/313
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于爆炸力學與力學實驗技術領域，具體涉及一種測量材料在水下爆炸作用下動態響應的實驗裝置。裝置包括水箱系統、測力底座系統、測量系統、力學性能參數未知的待測材料和力學性能參數已知的參考材料，在實驗時首先對參考材料進行實驗，參考材料采用已知力學性能參數的材料，且參考材料與待測材料的尺寸一樣，然后對待測材料進行實驗，將兩次實驗采集到的信號進行對比得到待測材料在水下爆炸沖擊波作用下的動態響應以及待測材料基本的力學性能參數。實驗裝置能真實模擬不同材料對水下爆炸沖擊波的動態響應，與傳統的現場水下爆炸實驗相比具有應用范圍廣、操作簡單方便的優點，在能達到相同目的的情況下極大的降低了實驗成本。同時，通過旋轉升降桿可以實現試樣平臺的上下移動，從而實現了對不同尺寸材料在水下爆炸沖擊波作用下的動態響應的測量。

技術領域

本發明屬于爆炸力學與力學實驗技術領域，具體涉及一種測量不同種類、不同尺寸的材料在水下爆炸沖擊波作用下的動態響應和測量材料的基本力學性能參數的實驗裝置。

背景技術

海洋工程結構通常在海水腐蝕、高低溫、瞬態沖擊荷載等惡劣環境下工作，承受的主要沖擊載荷包括碰撞、三維流體載荷作用等。此外，艦船結構還面臨武器打擊威脅，須應對來自于水面和水下的爆炸沖擊波載荷作用。

水下爆破會突然釋放出大量能量,從而生成沖擊波和大量高溫高壓氣泡。人們很早就開始了水下爆破荷載及其傳播過程的研究。Hilliar總結了19世紀末期一些水下爆破試驗,并嘗試測量爆破荷載作用下水中的壓強(Experiment in the underwaterexplosive stretch forming of clamped circular blanks.1966)，與在空氣和巖體中的爆破的最明顯不同在于,水下爆破沖擊波超壓峰值高、衰減慢、波及范圍廣,對鄰近的水中結構的破壞效應比陸上嚴重。

目前，對于水下爆炸沖擊波作用在海洋結構物上的實驗研究較少，目前分析水下結構受爆炸沖擊波作用后的動態響應主要局限于經驗法、解析法和數值法三大類。經驗法是根據一些標準沖擊曲線,如半正弦波、梯形波、三角波等,進行沖擊試驗,得到一些經驗公式及圖表來估算結構的沖擊加速度響應；此法簡單,但精度差,不適合要求較高的場合；解析法是詳細分析水下結構受爆炸沖擊后的表面接收壓力,再分析結構的動態響應；此法精度高,但只適用于結構及邊界幾何形狀較規則簡單的問題,如球殼、無限長圓柱殼和橢球殼等；用經驗法和解析法來精確求解水下復雜結構受爆炸沖擊波作用后的動態響應是非常困難的,而采用數值方法能很好地解決此類問題，理論上講,數值模擬可以包括幾乎整個爆炸過程、地震波及沖擊波傳播過程(近場和遠場)。

在爆炸沖擊效應技術領域主要的數值模擬方法包括有限單元法、有限差分法、有限體積法、無網格法等。有限差分方法和動力有限元方法的發展已經較為成熟,是目前沖擊荷載作用下的結構動力響應數值計算中應用最多的兩種方法，如胡剛義基于Flugge薄殼理論建立了圓柱殼與水之問流固耦合關系,采用有限差分方法求解了平面入射水下爆破荷載作用下無限長復合材料圓柱層合殼的運動微分方程(水下沖擊載荷作用下復合材料圓柱殼的彈性響應.2010)。當結構為不連續介質時,人們又發展了離散元方法、有限塊體法、數值流形法等來解決此類問題，但由于缺少必要的實驗驗證很難證明上述方法的準確性。因而，通過實驗手段研究海洋結構物和材料在水下爆炸沖擊波載荷作用下的動態響應和抗沖擊作用顯得尤為重要。

現有的實驗手段集中在水池爆炸實驗和等效靶板實驗，由于傳統爆炸實驗的可控性差、效率低、成本高、危險系數高、對實驗環境要求高等缺點，同時等效靶板實驗欲達到實際水下爆炸的效果也具有一定的難度，因而設計一種測量材料在水下爆炸作用下動態響應的實驗裝置將具有重要的工程意義，對研究海洋結構物材料結構在水下爆炸在沖擊波作用下的動態響應以及其抗爆抗沖擊性能具有至關重要的應用價值。