浮箱式局部爆炸试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种局部强度试验的浮箱式局部爆炸试验装置，包括第一浮箱式工装结构、第二浮箱式工装结构、四根L型连接梁，两个浮箱式工装结构的相对的两个面上分别安装一个试验模型；浮箱式工装结构为长方体状的箱体，安装有试验模型的面根据试验模型的形状挖空出相应的形状，在被挖空的形状上下两端分别焊接有垂直其所在面的钢板，箱体的每个面分别沿长度方向和宽度方向安装有N个T型骨材，并且对安装在挖空的形状处的骨材进行打断。第二浮箱式工装结构与第一浮箱式工装结构相同，两个浮箱式工装结构通过四根L型连接梁相连、并关于四根L型连接梁的纵轴线对称。本实用新型具有结构简单、适应性强、高效准确的优点。
【专利说明】浮箱式局部爆炸试验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水下爆炸试验装置，尤其涉及局部强度试验的浮箱式局部爆炸试验装置。
【背景技术】
[0002]目前，我国在远场爆炸作用下的冲击环境研究中取得了丰富成果，有众多成熟的计算软件和方法可供选用。如基于声固耦合法的ABAQUS软件，基于ADAA法的自主软件，基于ALE方法的DYNA软件等。还有一些专门用于工程化计算的快速预报方法。由于我国已进行了若干次的水下爆炸试验，这些方法的计算结果得到了验证。
[0003]但在近场爆炸作用下的局部强度考核中，人们所依赖的手段并不多。主要是基于通用软件的有限元方法和试验方法，而理论预报方法多限于板和简单板格的大变形预测，难以运用到局部强度考核当中。其中有限元方法需要进行试验验证，而试验方法往往由于资金的限制、相似律不成熟、实施困难导致大量简化而难以实现工程应用。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种简单高效对小尺度构件的结构强度进行试验的浮箱式局部爆炸试验装置。
[0005]本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0006]浮箱式局部爆炸实验装置，包括第一浮箱式工装结构、第二浮箱式工装结构、4根L型连接梁，两个浮箱式工装结构的相对的两个面上分别安装一个试验模型；
[0007]第一浮箱式工装结构为长方体状的箱体，安装有试验模型的面根据试验模型的形状挖空出相应的形状，在被挖空的形状上下两端分别焊接有垂直其所在面的钢板，在箱体的每个面上分别沿长度方向和宽度方向安装有N个T型骨材，NS 1，箱体的六个面中上下、左右、前后相对的三组面的骨材布置方式相同，并且将安装在挖空的形状处的骨材打断，第二浮箱式工装结构与第一浮箱式工装结构相同，两个浮箱式工装结构通过4根L型连接梁相连、并关于4根L型连接梁的纵轴线对称；
[0008]试验模型的上下两端分别焊接在其所在浮箱式工装结构的上下两个钢板上；
[0009]药包位于4根L型连接梁所组成空间的中心处。
[0010]本实用新型还可以包括:
[0011](I)第一浮箱式工装结构和第二浮箱式工装结构上被挖空的形状的宽度大于试验模型的宽度
[0012](2) L型连接梁的两端分别焊接在两个浮箱式工装机构相对位置的钢板上。
[0013](3)试验模型除上下两端外，其他与浮箱式工装结构接触的位置通过胶料连接。
[0014]本实用新型的有益效果:
[0015]本实用新型解决了尺寸较小的试验模型在遭受水下爆炸冲击波载荷作用时所引起的绕射问题以及能够使模型在受到冲击波载荷作用时不会产生不必要的刚体位移，从而可以保证边界条件的精确性。本试验装置可以实现一次爆炸完成两个乃至四个模型试验的任务，既节约了试验成本，又减少了反复吊装模型带来的重复工作量。因此本实用新型具有组装简单、适应性强、结果准确的特点。并且还具有以下几个优点:
[0016](I)已开展的模型试验大都采用水平放置方式，浮于水面之上，受到水面截断效应的影响较大。本实验模型采用箱式工装结构辅助装置，可以有效削弱水面截断效应的影响，更好地模拟冲击波作用下模型结构的动力响应。
[0017](2)将试验模型的需要刚性固定的端部焊接在箱式工装结构的钢板上，实现两端刚性固定的边界条件。试验模型面板两端与工装焊接，腹板位于箱式工装内部，这种设计可以有效模拟试验模型两端的刚性固定。
[0018](3)设计的试验装置中模型与工装件的配合时，模型两端与工装件的宽度方向焊接固定上，而模型其他位置与工装件的接触部分，则是按模型尺寸，在其宽度方向多加宽lcm，切割出一样的形状，通过一种普通胶料，将模型与工装件3在此处连接，冲击波作用下胶粘处会自行断开，此结构连接形式能够实现试验模型在刚性固定边界条件下受冲击波作用的动态响应。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1试验模型布置示意图；
[0020]图2试验模型轴测示意图；
[0021]图3箱式工装结构组装正视图；
[0022]图4箱式工装结构组装侧视图；
[0023]图5箱式工装结构组装俯视图；
[0024]图6主向梁截面图；
[0025]图7交叉构件截面图。
【具体实施方式】
[0026]下面根据图1?图7对浮箱式局部爆炸试验装置进行详细介绍。
[0027]本装置是两个完全对称的长方体浮箱式工装件3，由四根刚性足够大的L型连接梁连接而成，长方体工装件3相对的两个面用于安装所需要进行试验的模型，试验装置中模型与工装件3的配合时，模型两端，即试验模型2的短边与工装件3的宽度方向焊接固定上，而模型其他位置与工装件3的接触部分，则是按模型尺寸，在其宽度方向向外多加宽1cm，切割出一样的形状，为了不影响模型的强度通过一种以普通胶料为连接的弱连接形式，将模型与工装件3在此处连接。试验时将药包I放入箱式工装结构3正中，爆炸冲击波均匀向两端箱式工装结构3及试验模型2传播，两端箱式工装结构3受到冲击载荷大小相等方向相反。而且长方体工装件3中要有相应的梁结构，以保障试验装置的结构强度以及模型的边界条件。
[0028]本实用新型以试验模型一、二为例，给出了试验装置的作用原理，其分别代表主向梁、交叉构件模型，其具体结构形式参照后面的图6和图7。但是试验模型并不局限于这两种，可以根据需要不断改变模型结构，只要是小尺度构件均可。
[0029]本装置最突出的创新点是解决了尺寸较小的梁模型在遭受水下爆炸冲击波载荷作用时所引起的绕射问题以及能够使模型在受到冲击波载荷作用时不会产生不必要的刚体位移，从而可以保证边界条件的精确性。下面详细的描述一下这两个创新点的内容:
[0030]I)解决冲击波作用于模型的绕射问题。
[0031]截面尺寸较小的梁模型(模型一、二)与冲击波厚度相比仍然是一个可比量，所以试验梁在水下爆炸作用下不可避免会产生冲击波的绕射现象，以致不能正确模拟主向梁及交叉构件在水下结构中真实受力情况。因此考虑冲击波尺寸大小，试验工装在梁两侧各展开0.6米，相当于增加了梁的带板宽度来避免绕射波的产生，使试验梁受到的冲击波载荷与水下结构真实情况相接近。
[0032]2)准确模拟整体刚固边界条件，同时降低试验成本。
[0033]在该试验中的刚固边界条件分为两种，一种是整体试验装置的刚固边界条件，另一种是试验模型2的局部刚固边界条件。其中整体刚固边界条件是因为试验装置应看为船体的一部分，其边界条件也应看为刚固，这一点在做试验时是很难实现的。而本试验装置将每个模型都镶嵌在各自的箱式工装结构3，模型中两个工装结构3由四根具有足够刚度的L型连接梁4连接而成。试验时将药包I放入箱式工装结构3正中，爆炸冲击波均匀向两端箱式工装结构3及试验模型2传播，两端箱式工装结构3受到冲击载荷大小相等方向相反。此时，冲击波载荷与连接梁对箱式工装结构3的拉力相互抵消，故能保持箱式工装结构3不产生位移，试验模型2不产生多余刚体运动，从而实现了整体的刚固边界条件。
[0034]由于可使用的模型种类较多，在这里结合附图对本发明只以模型1、2为例进行详尽的描述:
[0035]如图3至图5所示，试验装置是一个长方体箱体，外面由钢板焊接而成，其中一面要根据试验模型2的结构而被相应的挖空，以方便安装试验模型2。至于箱体内的骨材5分布，可以分为三组，因为长方体六个面是两两相同的。首先看要安装试验模型2的这一组面，这组面中，有一个面是不安装模型的，其骨材5分布为沿长度方向布置5根T型材，沿宽度方向布置19根T型材。另一个面需要安装试验模型2，所以骨材5布置与其对面是相同的，但是需要在模型处进行打断，而且在模型的长度方向两端要垂直于该面焊接一个钢板，该钢板用于焊接试验模型2的两端，更好的模拟局部刚固边界条件。然后再描述图4中所对应的这一组面，这组面是完全相同的，其骨材5沿长度方向布置7根T型材，沿宽度方向布置的为19根T型材，靠近试验模型2的骨材5可以根据情况进行适当的加密。对应于图5的上下底面也是完全相同的，沿面的长度方向布置5根T型材，沿宽度方向布置7根T型材。其中骨材5与板面的连接方式均采用焊接，骨材5相交接的地方采用小骨材5穿过大骨材5的方法已经量保证其强度。在本装置中，无论是板于板交界处、板与梁交界处还是梁与梁交界处的接触形式均为焊接。图6及图7分别为模型1、2试验梁的截面图。
【权利要求】
1.浮箱式局部爆炸实验装置，其特征在于:包括第一浮箱式工装结构、第二浮箱式工装结构、4根L型连接梁，两个浮箱式工装结构的相对的两个面上分别安装一个试验模型； 第一浮箱式工装结构为长方体状的箱体，安装有试验模型的面根据试验模型的形状挖空出相应的形状，在被挖空的形状上下两端分别焊接有垂直其所在面的钢板，在箱体的每个面上分别沿长度方向和宽度方向安装有N个T型骨材，1，箱体的六个面中上下、左右、前后相对的三组面的骨材布置方式相同，并且将安装在挖空的形状处的骨材打断，第二浮箱式工装结构与第一浮箱式工装结构相同，两个浮箱式工装结构通过4根L型连接梁相连、并关于4根L型连接梁的纵轴线对称； 试验模型的上下两端分别焊接在其所在浮箱式工装结构的上下两个钢板上； 药包位于4根L型连接梁所组成空间的中心处。
2.根据权利要求1所述的浮箱式局部爆炸实验装置，其特征在于:所述的第一浮箱式工装结构和第二浮箱式工装结构上被挖空的形状的宽度大于试验模型的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的浮箱式局部爆炸实验装置，其特征在于:所述的L型连接梁的两端分别焊接在两个浮箱式工装机构相对位置的钢板上。
4.根据权利要求1或2所述的浮箱式局部爆炸实验装置，其特征在于:所述的试验模型除上下两端外，其他与浮箱式工装结构接触的位置通过胶料连接。
5.根据权利要求3所述的新型浮箱式局部爆炸实验装置，其特征在于:所述的试验模型除上下两端外，其他与浮箱式工装结构接触的位置通过胶料连接。
【文档编号】G01N3/313GK203785973SQ201420148233
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】郭君, 祝祥刚, 陈舸 申请人:哈尔滨工程大学