Shpb新型爆炸动力源装置制造方法

Shpb新型爆炸动力源装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种能够进行精准冲击速度/能量控制的SHPB（分离式Hopkinson压杆）爆炸动力源装置。该SHPB新型爆炸动力源装置，包括缸体、缸帽、导电杆、导线，其特征在于：所述缸帽通过螺栓固定在缸体上；缸帽的中心有设有子弹发射杆，子弹发射杆与缸帽为一体设计；所述缸帽上子弹发射杆的两侧对称开有两个锥形通孔，锥形通孔内配装橡皮塞；所述导电杆插在橡皮塞上；所述两个导电杆位于缸体外侧一端分别通过导线连接电源控制系统，位于缸体内部的一端连接在一根爆炸熔丝上；工作时，通过导线给爆炸熔丝通入强大电流使其熔化升华，产生高压气体推动子弹高速射出，可以通过控制通电电流、爆炸熔丝材料、长度等参数精确爆炸能量从而精确控制子弹的冲击速度。
【专利说明】SHPB新型爆炸动力源装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种能够精准控制冲击能量且易于操作、使用安全的用于SHPB(分离 式Hopkinson压杆）装置的的新型爆炸动力源装置。

【背景技术】
[0002] SHPB实验装置是研究材料动载荷的特性的理想工具。SHPB动力源装置是SHPB实 验装置发射杆动力驱动提供机构。
[0003] 现在SHPB动力源装置分两类：一类是用炸药等化学物质燃烧爆炸产生的冲击冲 击子弹，产生撞击效果，这种装置好处是能量大，撞击强度强，缺点是能量不宜控制，忽大忽 小，安全系数很低，污染环境。第二种是用采用高压气体做驱动撞击，这种方式的好处是撞 击能量能可得到较好控制，安全系数高，但缺点是提供的冲击能量低，可获得最大材料变形 速度受限，操作不方便，需另外配用高压气源，能量提供也不易精准控制。


【发明内容】

[0004] 本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种安全、清洁、可控，以金属熔丝瞬间 爆炸升华产生高压气体作为动力源的SHPB爆炸动力源装置。
[0005] 本发明是通过如下技术方案实现的： SHPB新型爆炸动力源装置，包括缸体、缸帽、导电杆、导线。其特征在于：所述缸帽通过 螺栓固定在缸体上；缸帽的中心有设有子弹发射杆，子弹发射杆与缸帽为一体设计；所述 缸帽上子弹发射杆的两侧对称开有两个锥形通孔，锥形通孔内配装橡皮塞；所述导电杆插 在橡皮塞上；所述两个导电杆位于缸体外侧一端分别通过导线连接电源控制系统，位于缸 体内部的一端连接在一根爆炸熔丝上。
[0006] 进一步的，所述导电杆位于缸体内部的一端也可连接金属箔。
[0007] 进一步的，所述橡皮塞的大口位于缸帽的内侧，小口位于缸帽的外侧，防止缸体内 金属丝熔断后产生的高压气体将橡皮塞顶出，使缸内气压因漏气下降或伤害周围人员。
[0008] 进一步的，所述导电杆的外表面加工有外螺纹结构，可以增加橡皮塞和导电杆之 间的摩擦力，防止缸体内金属丝熔断后产生的高压气体将导电杆顶出，使缸内气压下降或 伤害周围人员。
[0009] 本发明的有益效果是：该SHPB新型爆炸动力源装置，利用爆炸熔丝瞬间爆炸、升 华产生高压气体做SHPB驱动动力源。通过控制起爆电流、熔丝材料和熔丝长度改变气压压 强，可使SHPB实验获得更高的冲击速度和更精准的冲击能量控制，且安全性高、操作简单。
[0010]

【专利附图】

【附图说明】
[0011] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0012] 附图1为本发明SHPB新型爆炸动力源装置的主视结构示意图； 附图2为本发明SHPB新型爆炸动力源装置的俯视结构示意图； 附图3为本发明SHPB新型爆炸动力源装置的左视结构示意图； 附图4为与本发明SHPB新型爆炸动力源装置连接的电源控制系统示意图； 附图5为本发明SHPB新型爆炸动力源装置使用时的结构示意图 图中，1、缸体，2、缸帽，3、螺栓，4、橡皮塞，5、导电杆，6、爆炸熔丝，7、导线，，8、子弹发射 杆，9、支架，10、新型爆炸装置，11、220V交流电，12、直流高压源，13、充电模块开关，14、充 电模块电阻，15、防反向击穿二极管，16、放电电容，17、放电模块开关，18、储能电感，19、滑 动变阻器，20、子弹，21、入射杆，22、试件，23、应变片，24、透射杆，25、吸收杆，26、缓冲装置， 27、动态应变仪，28、数据采集系统，29、计算机。

【具体实施方式】
[0013] 附图1-4为本发明的一种具体实施例。该发明SHPB新型爆炸动力源装置，包括缸 体1、缸帽2、两个导电杆5、导线7,其特征在于：所述缸帽2通过螺栓3固定在缸体1上，缸 帽2的中心有设有子弹发射杆8,子弹发射杆8与缸帽2为一体设计，所述缸帽2上子弹发 射杆8的两侧对称开有两个锥形通孔，通孔内有橡皮塞4,所述导电杆5插在橡皮塞4上，所 述两个导电杆5位于缸体1外侧一端分别连接有导线7,导线7连接外部交流电流源，位于 缸体1内部的一端通过导线7连接在一爆炸熔丝6上，橡皮塞4的大口位于缸帽2的里侧， 小口位于缸帽2的外侧，导电杆5外表面加工有螺纹结构增加橡皮塞4和导电杆5之间摩 擦力，防止缸体1内爆炸熔丝6熔断后产生的高压气体将橡皮塞4或导电杆5顶出，伤害到 周围人员。
[0014] 本发明使用时连接电源控制系统，此电源控制系统包括两个模块：充电模块和放 电模块。充电模块主要包括直流高压源12、开关13、限流电阻14、防反向击穿二极管15 ;放 电模块由放电电容16、控制开关17、储能电感18和回路滑动变阻器19构成。系统的工作 原理是：直流高压源12将220V交流电11转换成高压直流，通过防反向击穿二极管15和限 流电阻14给放电电容16充电。当电容器充电达到到理想电压时，调节滑动变阻器19到相 应强度电流的阻值，关闭直流高压源12,闭合控制开关17,使其导通，电容器16通过储能电 感18、滑动变阻器19给电爆炸熔丝放电。
[0015] 使用时，将本装置放置在支架9上，接通开关17,爆炸熔丝6通入强烈的电流后会 在极短的时间内经历固态加热、熔化、液态加势、气化膨胀、电弧击穿等过程。金属丝急速气 化膨胀在周围介质内产生冲击波，冲击波的强度可按点源或线源瞬时释能所产生的球面或 柱面冲击波强度来计算。
[0016] 本发明通过对处于狭小密闭空间缸体1的金属爆炸熔丝6通入高强度的电流，使 里面爆炸熔丝6瞬间升华，产生高压气体，驱动子弹20从子弹发射杆8中以一定速度射出， 撞击入射杆21，在入射杆中形成一个压力脉冲，即入射波（由贴在入射杆上的电阻应变片 23测得），压力脉冲在入射杆中向前传播，当传至入射杆与试件22界面时，由于试件材料和 透射杆材料的惯性效应，整个试件将被压缩。同时，由于杆21与试件22之间的波阻抗差 异，入射波被部分反射为反射波重新返回入射杆21，而另一部分则透过试件22作为透射波 进入透射杆24。反射波还由贴在入射杆21上的电阻应变片23测得，透射波由透射杆24上 电阻应变片23测得，由测得的入射波、反射波和透射波就可以通过动态应变仪27和数据采 集系统28输送给计算机29处理，从而得到材料的变形和破坏情况，获得材料的动态力学性 能数据。
[0017] 本装置在强电流的作用下爆炸熔丝得以充分爆炸，在知道爆炸的高温、高密度的 金属丝气态产物质量为M1 ,被推单向运动的抛射体质量为M ,工作气体中的声速为C时， 通过LinHit等人提出的电爆炸冲击速度计算公式：

【权利要求】
1. 一种SHPB新型爆炸动力源装置，包括：缸体（1)、缸帽（2)、螺栓（3)、导电杆（5)、导 线（7)，其特征在于：所述缸帽（2)通过螺栓（3)固定在缸体（1)上；缸帽（2)的中心设有子 弹发射杆（8)，子弹发射杆（8)与缸帽（2)为一体设计；所述缸帽（2)上子弹发射杆（8)的 两侧对称开有两个锥形通孔，通孔内配装橡皮塞（4)，所述导电杆（5)插在橡皮塞（4)上，所 述两个导电杆（5)位于缸体（1)外侧一端分别通过导线（7)连接电源控制系统，位于缸体 (1)内部的一端连接在一根爆炸熔丝（6)上。
2. 根据权利要求1所述的SHPB新型爆炸动力源装置，其特征在于：所述导电杆（5)位 于缸体（1)内部的一端也可连接金属箔。
3. 根据权利要求1所述的SHPB新型爆炸动力源装置，其特征在于：所述橡皮塞（4)的 大口位于缸帽（2)的内侧，小口位于缸帽（2)的外侧。
4. 根据权利要求1所述的SHPB新型爆炸动力源装置，所述导电杆（5)的外表面加工有 外螺纹结构。
【文档编号】G01N3/313GK104483185SQ201410801697
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】苏国胜, 郭延阔, 杜劲 申请人:齐鲁工业大学