专利名称：实验室规模防弹测试装置和冲击装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实验室规模防弹测试装置和冲击装置，具体地说涉及一种实验室规模防弹测试装置和冲击装置，包括一个提供粘土造型的粘土容器，用于承受未被样本吸收而施加到穿用者身体上的冲击力；安装在粘土容器和冲击头内的测力传感器，用于测量施加到弹头上的冲击力以及未被样本吸收的冲击力。
背景技术：
一般而言，冲击试验分为评估材料性能的冲击试验和评估产品的冲击试验。评估材料性能的冲击试验使用材料和产品开发阶段的一个特定样本来评估材料的耐冲击性能， 在这种情况下，使用上述试验方法获得的数据来选择材料并决定产品的形状。通常，使用霍普金森杆(Hopkinson bar)来测验高应变率，使用夏比冲击试验装置(Charpy impact testing apparatus)来测验冲击力。除上述试验设备外，还有很多利用重物下落或使用气枪的冲击试验设备。上述试验方法的详见KS试验标准手册(handbooks of KS test standard)或 ASTM 手册(美国试验与材料协会，American Society for Testing and Materials)。此外，在产品设计阶段之后的验证阶段中，要对实际成品或产品的某些部件进行一项冲击试验。在此情况下，使用常规下落冲击试验机或产品专用冲击试验机进行冲击试验。通过应变率及应变来验证材料耐受冲击载荷的性能。在设计防弹背心时，由于传统的冲击试验设备采用的是子弹类似物而不适合用来测量施加到子弹上的冲击力以及施加到样本(防弹背心)上和穿用者身体上的冲击力。 而且，美国军用标准-662 (MIL-STD-662)、北约标准化协议四20 (NATO STANAG 2920)和防弹标准(NIJ)主要并通常用于冲击试验(ballistic tests)。用于冲击试验(ballistic tests)的设备包括弹头发射器、弹头速度测量装置和实验设备支架。但是，传统的冲击试验设备存在一些问题，一是由于传统的冲击试验设备采用真正的子弹头，试验设备的安装成本很高；另外由于要求安全性高，因此安装试验设备和测试冲击性能难度较高。同时，通过研究防弹纺织品的张力、压缩和摩擦特性，对防弹纺织品张力、压缩和摩擦特征和冲击性能之间的关系进行了尝试性调查，但是使用传统的试验设备很难测出实际子弹产生的冲击力。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种实验室规模防弹测试装置和冲击装置，包括一安装在冲击装置的冲击头内部的内置电机，用于驱动弹头旋转， 从而重复再现使用防弹标准IIIA(NIJ IIIA)标准中的自由落体方式使子弹射到样本上，并将子弹的动能转化为势能的情况。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下—种实验室规模防弹测试装置包括一导向管，用于引导下落弹头的路径；一空气压缩机，用于向枪管内提供空气以加快弹头的初始下落速度；一固定并发射弹头的枪管，当空气压缩机提供气压时，枪管发射弹头；一粘土容器(clay container)，用于测量弹头冲击样本时因未被样本吸收的冲击力传递给粘土而导致的粘土形变量；弹头为流线型，弹头具有初始速度时下落，给样本施加冲击力。本发明的另一个实施例，本发明提供一种实验室规模防弹测试装置，包括一导向管，用于引导下落冲击装置的路径；一粘土容器，用于测量弹头冲击样本时传递给样本的冲击荷载所导致的形变量；一冲击装置，用于自由下落。冲击装置包括具有流线型的弹头，用于冲击样本；多个圆柱形导向块，每个导向块中心均有一个用于穿过中心杆的导向块开口，每个导向块具有多个开孔，开孔位置与多个固定杆相对应，用于固定杆的穿过；多个圆柱形重块，每个重块中心均有一个用于穿过中心杆的重块开口，每个重块具有多个开孔，开孔位置与多个固定杆相对应，用于固定杆的穿过，重块用于控制重量，用于弹头下落时增加弹头的冲击能量；一冲击头与弹头相连；多个固定杆具有长圆柱杆型，穿过重块的重块开孔和导向块的导向块开孔；长圆柱杆型中心杆， 中心杆顶部具有一连接环，用于固定冲击装置，用于让冲击装置自由下落，中心杆穿过导向块和重块上的开口，冲击头连接到中心杆底部。冲击头具有流线型，冲击头内安装有一台内置电机用于驱动弹头的旋转。进一步，实验室规模防弹测试装置还包括安装于导向管下方的样本，样本用于与下落的弹头发生碰撞，其中样本由聚芳酰胺纤维(polyaramid fiber)、PE(聚乙烯)纤维、 PBO(聚苯并恶唑，Polybenzoxazole)纤维、碳素纤维、玻璃纤维或陶瓷纤维制成，样本编织的形式选自为纺织品、纤维织物、UD织物(单轴取向织物)、无纺布和复合材料中的一种或上述织物的混合结构。粘土容器包括一测力传感器，用于测量弹头冲击时未被样本吸收而传递给粘土的冲击力。实验室规模防弹测试装置进一步还包括一安全传感器，用于检测是否安装样本。实验室规模防弹测试装置还包括一安装于导向管表面的速度传感器，用于测量弹头的下落速度。实验室规模防弹测试装置还包括一台用于驱动粘土容器转动的电机。每个导向块上均有多个导向槽，用于减小与空气产生的阻力。弹头选自铅、铅合金、铜、铁、钨或热处理钢中的一种材料制成。本发明的实验室规模防弹测试装置使用的弹头与真正的子弹具有相同外形和材料，能够测量施加到与真实防弹背心相似的样本上的冲击力。此外，由于本发明安装在冲击装置冲击头内部的内置电机能够驱动弹头旋转，本发明实验室规模防弹测试装置能够再现子弹冲击样本的真实情景，。此外，粘土容器提供了一粘土模型，用于承受未被样本吸收而施加到防弹背心穿用者身体上的冲击力。另外，由于在粘土容器和冲击头内部装有测力传感器，实验室规模防弹测试装置能够测量施加到一弹头上的冲击力以及未被样本吸收的冲击力。传统的冲击试验采用真正的子弹，因此成本很高，而本发明的实验室规模防弹测试装置成本较低，并允许重复进行多次冲击试验。此外，本发明的实验室规模防弹测试装置能够实现低速和高速冲击试验，并能通过改变子弹的外形与材料、位置和重块的数量来控制冲击强度。
为了更好地理解本发明的上述目的和其它目的、特征和优势，下面将结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细描述，其中图1为本发明的实验室规模防弹测试装置实施例1的侧视图；图2为本发明的实验室规模防弹测试装置实施例2的侧视图；图3为本发明的冲击装置的透视图；图4为本发明的冲击装置分解后的透视图；图5为本发明的冲击装置的剖视图；图6为冲击装置在实施例1实验室规模防弹测试装置中自由下落时与样本冲击前的状态图；图7为冲击装置在实施例1实验室规模防弹测试装置中自由下落时冲击样本后的状态图；图8为冲击装置在实施例1实验室规模防弹测试装置中自由下落时冲击样本后粘土容器的状态图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步详细描述。图1为本发明的实验室规模防弹测试装置实施例1的侧视图。实施例1为冲击装置自由下落时实验室规模防弹测试装置的一个实施例。见图1所示，本发明实验室规模防弹测试装置包括导向管500、样本600、粘土容器400和冲击装置100。图2为本发明的实验室规模防弹测试装置实施例2的侧视图。实施例2是弹头装入枪管被发射时实验室规模防弹测试装置的一个实施例。见图2所示，实施例2中实验室规模防弹测试装置包括导向管500、空气压缩机200、枪管300、样本600、粘土容器400和弹头110。实施例2中实验室规模防弹测试装置包括空气压缩机200和用于发射弹头110的枪管300。下面，将对实施例1和实施例2中的实验室规模防弹测试装置的结构详细描述。导向管500引导冲击装置100自由下落的轨道。导向管500采用薄壁空心圆筒形结构，具有空心部分510作为冲击装置100的通道。空气压缩机200向枪管提供气体，用于增加冲击装置100的弹头110的初始下落速度。枪管300固定住弹头110，当空气压缩机200提供气压时，枪管300发射弹头110。样本600安装在导向管500下方，与自由下落的弹头110产生碰撞。样本600由聚芳酰胺纤维(polyaramid fiber)、PE (聚乙烯)纤维、PBO (聚苯并恶唑，Polybenzoxazole)纤维、碳素纤维、玻璃纤维或陶瓷纤维制成。优选地，将样本600编织的形式可选自纺织品、纤维织物、UD织物(单轴取向织物)、无纺布和复合材料中的一种或上述织物的一个混合结构。弹头110冲击样本600时，粘土容器400测量因未被样本吸收而传递给粘土 420的冲击力所导致的粘土形变量。作为优选，粘土容器400最好包括测力传感器410，用于测量弹头110冲击样本时因未被样本吸收而传递给粘土的冲击力。此外，在粘土容器400的下方装有电机940，当电机940转动时驱动粘土容器400以及与粘土容器400连接的样本 600 一起转动，采用此结构，本发明能够接近地再现真实子弹冲击样本时的真实情景。冲击装置100的下端装有弹头110，冲击装置100自由下落并与样本600发生碰撞。另外，本发明实验室规模防弹测试装置还可进一步包括一安全传感器800，用于检测是否已经安装样本600 ；—速度传感器700安装在导向管500的表面，用于测量弹头 110的下落速度。与此同时，实验室规模防弹测试装置还可以不使用冲击装置100使弹头110降落。 在这种实施例中，实验室规模防弹测试装置包括空气压缩机200和枪管300。弹头110被插入安装于枪管内进入就绪状态，然后下落。但是，如果采用冲击装置100使弹头110自由下落，则本发明实验室规模防弹测试装置不包括空气压缩机200和枪管300，和冲击装置的枪管顶部有连接环171与钢丝930相连的结构，钢丝930安装于支座900上方的板920上。此外，实验室规模防弹测试装置还可以包括支座900以及支架910，支座900和支架910用于支撑上述所提到的部件。支座900安装于导向管500 —侧。支座900可以是方形杆或薄板。支架910用于更加牢固地支撑住支座900。支架900通过薄板和长圆柱形杆装配而成。只要能够支撑住支座900，支架910可以采取任何形式。下文将对冲击装置100作更加详细的描述。图3为本发明的冲击装置的透视图， 图4是本发明冲击装置分解后的透视图，图5是本发明的冲击装置的剖视图。见图3、图4、 图5所示，冲击装置100包括弹头110、导向块120、重块140、固定杆130、冲击头160以及中心杆170。弹头110为流线型，用于对样本600施加冲击力。弹头110安装在冲击头160 下部。优选地将弹头110加工成子弹形状对样本600施加冲击力，样本600的制造材料采用与真正的防弹背心相同的材料。弹头110可以选用由主要用于制造子弹的铅、铅合金、铜、 铁、钨或热处理钢中的一种制成，以便再现子弹的真实状态。导向块120均为圆柱形，各导向块中心具有用于穿过中心杆170的导向块开123， 导向块120上具有多个导向块开孔121，多个导向块开孔121的位置与多个固定杆130对应以便于穿过固定杆130。本发明中优选安装多个导向块120。圆柱形导向块120设置有多个导向槽122，作用在于将与空气的摩擦力降到最低。每个重块140为圆柱形，重块140中心具有重块开口 141用于穿过中心杆170，重块140上设置有多个重块开孔142，多个重块开孔142的位置与多个固定杆130对应，用于穿过固定杆130。重块140的作用是控制冲击装置的重量，以便当弹头下落时增加冲击能量。冲击头160为流线型，弹头110连接在冲击头160底部。作为一种优选，冲击头160最好包括驱动弹头110旋转的内置电机161。当内置电机161转动时，弹头110随之转动，能够营造出子弹射入与防弹背心即样本600内的仿真情景，从而进行冲击试验。冲击头160 的顶面上有多个冲击头开孔162，用于将固定杆130与冲击头160连接在一起。每个固定杆130为长圆柱杆型，固定杆130穿过重块140上的重块开孔142和导向块120上的导向块开孔121。中心杆170为长圆柱杆型，在中心杆170顶部连接有一个用于固定冲击装置的连接环171，以便让冲击装置自由下落。中心杆170穿过导向块120上的导向块开口 123以及重块140上的重块开口 141，然后冲击头160连接到中心杆170的底部。下面将描述本发明的实验室规模防弹测试装置的试验过程。图6为为冲击装置在实施例1实验室规模防弹测试装置中自由下落时与样本冲击前的状态图；图7为冲击装置在实施例1实验室规模防弹测试装置中自由下落时冲击样本后的状态图；图8为冲击装置在实施例1实验室规模防弹测试装置中自由下落时冲击样本后粘土容器的一个状态图。见图6至8所示，实验室规模防弹测试装置使得冲击装置自由下落，然后通过测力传感器来测量施加到样本上的冲击力以及未被样本600吸收的冲击力。此外，为了再现子弹冲击样本 600的情景，安装于冲击头160内的内置电机161驱动弹头110旋转，或安装于粘土容器400 下方的电机940驱动样本和粘土容器400旋转。见图8所示，当子弹冲击样本600时，样本产生形变，在此情况下通过测量形变区的高度(h)和宽度(w)来测量样本的形变量。在这里，所测的高度和宽度值越小，传递到防弹背心穿用者身体上的冲击力越弱。本发明的实验室规模防弹测试装置能够使用与真正子弹的外形和材料相同的弹头来测量施加到与防弹背心相似的样本上的冲击力。此外，由于冲击装置的冲击头内部安装的内置电机能够驱动弹头旋转，本发明实验室规模防弹测试装置还能够再现子弹冲击样本的真实情景。本发明通过具体的实施例进行了描述，但是本发明并不受具体实施例的限制，而仅仅受到所附权利要求的限制。如果所属领域的技术人员能够在不背离本发明范围和精神的前提下更改或调整具体实施例，将感激不尽。
权利要求
1.一种实验室规模防弹测试装置，包括 一导向管，用于引导下落弹头的路径；一空气压缩机，用于向枪管内提供空气以加快弹头的初始下落速度； 一固定并发射弹头的枪管，当空气压缩机提供气压时，枪管发射弹头； 一粘土容器，用于测量弹头冲击样本时因未被样本吸收的冲击力传递给粘土而导致的粘土形变量；弹头为流线型，弹头具有初始速度时下落，给样本施加冲击力。
2.一种实验室规模防弹测试装置，包括 一导向管，用于引导下落冲击装置的路径；一粘土容器，用于测量弹头冲击样本时传递给样本的冲击荷载所导致的形变量； 一冲击装置，用于自由下落。
3.按照权利要求2所述的实验室规模防弹测试装置，其中冲击装置包括 具有流线型的弹头，用于冲击样本；多个圆柱形导向块，每个导向块中心均有一个用于穿过中心杆的导向块开口，每个导向块具有多个开孔，开孔位置与多个固定杆相对应，用于固定杆的穿过；多个圆柱形重块，每个重块中心均有一个用于穿过中心杆的重块开口，每个重块具有多个开孔，开孔位置与多个固定杆相对应，用于固定杆的穿过，重块用于控制重量，用于弹头下落时增加弹头的冲击能量； 一冲击头与弹头相连；多个固定杆具有长圆柱杆型，穿过重块的重块开孔和导向块的导向块开孔； 长圆柱杆型中心杆，中心杆顶部具有一连接环，用于固定冲击装置，用于让冲击装置自由下落，中心杆穿过导向块和重块上的开口，冲击头连接到中心杆底部。
4.按照权利要求3所述的实验室规模防弹测试装置，其中所述的冲击头具有流线型， 冲击头内安装有一台内置电机用于驱动弹头的旋转。
5.按照权利要求1-4任意一项所述的实验室规模防弹测试装置，所述实验室规模防弹测试装置进一步，还包括安装于导向管下方的样本，样本用于与下落的弹头发生碰撞，其中样本由聚芳酰胺纤维、PE (聚乙烯)纤维、PBO(聚苯并恶唑)纤维、碳素纤维、玻璃纤维或陶瓷纤维制成，样本编织的形式选自为纺织品、纤维织物、UD织物(单轴取向织物)、无纺布和复合材料中的一种或上述织物的混合结构。
6.按照权利要求1、3、或4所述的实验室规模防弹测试装置，其中粘土容器包括一测力传感器，用于测量弹头冲击时未被样本吸收而传递给粘土的冲击力。
7.按照权利要求1、3、或4所述的实验室规模防弹测试装置，其中实验室规模防弹测试装置进一步还包括一安全传感器，用于检测是否安装样本。
8.按照权利要求1、3、或4所述的实验室规模防弹测试装置，其中该实验室规模防弹测试装置还包括一安装于导向管表面的速度传感器，用于测量弹头的下落速度。
9.按照权利要求1-4任意一项所述的实验室规模防弹测试装置，其中该实验室规模防弹测试装置还包括一台用于驱动粘土容器转动的电机。
10.按照权利要求3所述的实验室规模防弹测试装置，其中每个导向块上均有多个导向槽，用于减小与空气产生的阻力。
11.按照权利要求1、3、或4所述的实验室规模防弹测试装置，其中弹头选自铅、铅合金、铜、铁、钨或热处理钢中的一种材料制成。
12.一种安装于实验室规模防弹测试装置的冲击装置，该冲击装置包括具有流线型的弹头，用于冲击样本；多个圆柱形导向块，每个导向块中心均有一个用于穿过中心杆的导向块开口，每个导向块具有多个开孔，开孔位置与多个固定杆相对应，用于固定杆的穿过；多个圆柱形重块，每个重块中心均有一个用于穿过中心杆的重块开口，每个重块具有多个开孔，开孔位置与多个固定杆相对应，用于固定杆的穿过，重块用于控制重量，用于弹头下落时增加弹头的冲击能量；一冲击头与弹头相连；多个固定杆具有长圆柱杆型，穿过重块的重块开孔和导向块的导向块开孔；长圆柱杆型中心杆，中心杆顶部具有一连接环，用于固定冲击装置，用于让冲击装置自由下落，中心杆穿过导向块和重块上的开口，冲击头连接到中心杆底部。
13.按照权利要求12所述的安装于实验室规模防弹测试装置的冲击装置，其中冲击头具有流线型，冲击头内安装有一台内置电机用于驱动弹头的旋转。
14.按照权利要求12所述的安装于实验室规模防弹测试装置的冲击装置，其中弹头安装在冲击头上，包括一测力传感器，用于检测弹头所受的冲击力。
15.按照权利要求12所述的安装于实验室规模防弹测试装置的冲击装置，其中弹头选自铅、铅合金、铜、铁、钨或热处理钢中的一种材料制成。
全文摘要
本发明涉及一种实验室规模防弹测试装置和冲击装置，具体地说涉及一种实验室规模防弹测试装置和冲击装置，包括一个提供粘土造型的粘土容器，用于承受未被样本吸收而施加到穿用者身体上的冲击力；安装在粘土容器和冲击头内的测力传感器，用于测量施加到弹头上的冲击力以及未被样本吸收的冲击力，包括一导向管，用于引导下落弹头的路径；一空气压缩机，用于向枪管内提供空气以加快弹头的初始下落速度；一固定并发射弹头的枪管，当空气压缩机提供气压时，枪管发射弹头；一粘土容器，用于测量弹头冲击样本时因未被样本吸收的冲击力传递给粘土而导致的粘土形变量；弹头为流线型，弹头具有初始速度时下落，给样本施加冲击力。
文档编号G01M7/08GK102301217SQ200980125588
公开日2011年12月28日 申请日期2009年10月8日 优先权日2009年10月6日
发明者尹悧娜, 朴濬浩, 林大锳, 柳义相, 赵荣淑, 金珠惠 申请人:韩国生产技术研究院