[發(fā)明專利]一種強(qiáng)沖擊大脈寬沖擊載荷模擬裝置及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110377340.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113218610B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚熊亮;王治;崔雄偉;王志凱;秦業(yè)志;王逸南;鄭健;張建偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M7/08
• 分類號(hào): G01M7/08
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

1.一種強(qiáng)沖擊大脈寬沖擊載荷模擬裝置的控制方法，

所述裝置包括：加載箱、泄爆孔(1)、加載孔(2)和活塞傳力裝置(3)；所述泄爆孔(1)和加載孔(2)分別設(shè)置在加載箱鄰近的兩個(gè)端面上，并且靠近設(shè)置；所述活塞傳力裝置(3)安裝在加載孔(2)上，所述活塞傳力裝置(3)的末端與受沖擊結(jié)構(gòu)相連接；通過(guò)在加載箱中起爆炸藥，在加載孔(2)處模擬沖擊載荷，并通過(guò)活塞傳力裝置(3)傳遞給受沖擊結(jié)構(gòu)；

其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟1，依據(jù)目標(biāo)載荷峰值和脈寬，計(jì)算起爆炸藥藥量、爆源位置和泄爆孔(1)面積；

步驟2，加載箱安放于具有爆炸資質(zhì)的試驗(yàn)場(chǎng)地；

步驟3，將加載孔(2)活塞傳力裝置(3)末端與受沖擊結(jié)構(gòu)相連接；

步驟4，人員布置炸藥；

步驟5，人員撤出加載箱，在加載箱泄爆孔(1)處外接圓環(huán)板，使泄爆孔(1)到達(dá)設(shè)計(jì)面積；

步驟6，引爆炸藥，完成加載；

通過(guò)調(diào)整藥量、起爆位置、泄爆孔(1)面積，以達(dá)到指定沖擊載荷峰值和脈寬；

所述加載箱內(nèi)的爆炸載荷能夠簡(jiǎn)化為兩個(gè)階段：第一階段為沖擊波載荷，沖擊波超壓峰值為P_r，是由入射超壓P_s作用在結(jié)構(gòu)壁面上反射形成，作用時(shí)間為τ₁；第二階段為準(zhǔn)靜壓載荷，超壓峰值為P_qs；

TNT炸藥在加載箱爆炸產(chǎn)生的入射超壓P_s的半經(jīng)驗(yàn)公式為：

其中，入射超壓P_s單位為MPa，Z是比例距離：

其中，R是從藥包中心至測(cè)點(diǎn)距離，單位m，Q是藥量，單位kg；

第一階段沖擊波載荷作用時(shí)間τ₁的半經(jīng)驗(yàn)公式為：

加載箱內(nèi)的沖擊波在接觸板架結(jié)構(gòu)會(huì)形成反射，反射沖擊波超壓峰值P_r計(jì)算公式為：

第二階段為準(zhǔn)靜壓載荷，準(zhǔn)靜壓超壓峰值為P_qs的計(jì)算公式為：

式中Q是藥量，V為加載箱艙室容積；

針對(duì)準(zhǔn)靜壓載荷，準(zhǔn)靜壓隨時(shí)間衰減采用指數(shù)形式更準(zhǔn)確，計(jì)算公式為：

P(t)＝P_me^-ct (6)

其中，P_m為指數(shù)曲線峰值，即指數(shù)模型最大壓強(qiáng)，c為中間參數(shù)，c的取值為：

其中，A₀為泄壓面積，C₀為空氣介質(zhì)聲速；

準(zhǔn)靜壓最大壓強(qiáng)發(fā)生在τ₁時(shí)刻，其壓強(qiáng)為P_qs+P₀，即準(zhǔn)靜壓超壓峰值P_qs與大氣壓P₀的和：

而準(zhǔn)靜壓的衰減停止時(shí)間τ₂對(duì)應(yīng)著壓強(qiáng)降低到大氣壓P₀：

結(jié)合式(7)、(8)和(9)可以給出準(zhǔn)靜壓衰減停止時(shí)間τ₂為：

則載荷脈寬取τ為：

τ＝τ₂+τ₁ (11)

所述加載箱的設(shè)計(jì)步驟為：

(1)根據(jù)指定壓力峰值，通過(guò)公式(4)給的藥量Q與R，根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地大小與爆炸允許藥量范圍，初步選取合適的Q與R；

(2)根據(jù)載荷峰值，預(yù)估準(zhǔn)靜壓超壓峰值P_qs，通過(guò)公式(5)計(jì)算加載箱的體積V；

(3)根據(jù)目標(biāo)載荷脈寬τ，通過(guò)公式(11)計(jì)算，設(shè)計(jì)符合載荷脈寬的泄爆面積A₀；

(4)計(jì)算目標(biāo)載荷沖量，根據(jù)公式(4)、(5)和(11)設(shè)計(jì)Q、R、A₀，使得設(shè)計(jì)載荷沖量與目標(biāo)載荷沖量差異滿足要求。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于：

所述活塞傳力裝置(3)設(shè)有限位器，由橡膠密封。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于：所述加載箱由板架結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述板架結(jié)構(gòu)使加載箱在目標(biāo)載荷范圍內(nèi)不產(chǎn)生塑性應(yīng)變,板架結(jié)構(gòu)等效板厚設(shè)計(jì)公式為：

V₀＜V_cr (12)

其中，V₀是板架結(jié)構(gòu)在受到?jīng)_擊后瞬間獲得的平均速度，V_cr是臨界速度；

板架臨界速度V_cr為：

式中：σ_y為板架結(jié)構(gòu)材料屈服應(yīng)力，ρ是鋼板密度；

板架結(jié)構(gòu)在受到?jīng)_擊后瞬間獲得的平均速度V₀的計(jì)算公式為：

式中：I_s為板架受到的沖擊波載荷比沖量，單位為N·s/m2；ρ為鋼板密度，單位為kg/m3；h_m為板架質(zhì)量等效厚度，單位為m；h_m的計(jì)算公式為：

h_m＝h₀+h′ (15)

式中：h₀為板厚，h′為加筋等效厚度，單位為m；A_Z為縱向加筋截面積，A_H為橫向加筋截面積，單位為m2；b_Z為縱向加筋間距，b_H為橫向加筋間距，單位為m；

板架受到的沖擊波載荷總沖量I為：

式中：ΔP_r(x,y)為板架上任意點(diǎn)(x，y)處受到的反射沖擊波載荷峰值，單位為Pa；τ(x,y)為板架上任意點(diǎn)(x，y)處受到的沖擊波正壓作用時(shí)間，單位為s；a為板架長(zhǎng)邊長(zhǎng)度的一半，b為板架短邊長(zhǎng)度的一半。