一种瞬态高过载爆炸冲击测试方法与流程

1.本发明涉及爆炸测试技术领域，具体为一种瞬态高过载爆炸冲击测试方法。


背景技术：

2.与过载相对应，高过载(high overload)的含义可解释为“十分过量”、“十分过度”，即过载已经达到相当高的程度。同一过载强度,在一种场合是高过载，相对在另一种场合可能就不能称之为高过载,甚至连过载也算不上。弹药系统在过载状态下的加速度通常达千g以上,在高过载状态下可达万g、数万g甚至10万g以上。
3.通常动态信号都不是纯正弦波,可以分解为许多谐波成份,由其振幅和相位来表征，各次谐波按其频率高低排列成为该动态信号的频谱图形，瞬态冲击(非周期)信号频谱特性是连续频谱，而周期性的信号频谱特性是离散(线谱)频谱，凡上升时间越快的，或持续(接触)时间越短的冲击，其频谱的高频越高，而且这些高频在其频谱中的比例越多，如硬的金属对金属的对撞冲击，其持续(接触)时间约在数十微秒左右，又如火药爆炸的冲击，或称爆冲，上升时间可短于十微秒，其频谱的高频成份可达数十千赫芝，所以如要准确测量冲击的高频成份,这就要求测量的冲击加速度计具有较高的共振频率(高于50khz以上)和较大的动态量程(100,000g)，当共振频率不够高的冲击加速度计,测量较短持续(接触)时间的冲击时所产生的冲击加速度计时共振会导致冲击测量的失真，因此在对爆炸冲击进行测试时，靠近爆炸中心的加速度计会因爆炸的冲击力导致测量精度下降。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种瞬态高过载爆炸冲击测试方法。
6.(二)技术方案
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种瞬态高过载爆炸冲击测试方法，包括以下步骤：
8.s1、待测试爆炸物的当量以及爆炸范围的确定；
9.s2、爆炸试验场地设定；
10.当通过s1获取了爆炸碎片的落点后，根据爆炸碎片的落点对爆炸试验场进行选定；
11.s3、爆炸冲击力的测定；
12.s4、爆炸冲击力的结果分析。
13.优选的，其中，所述s1具体包括：
14.s1.1、计算待测试爆炸物的当量；
15.s1.2、获取爆炸冲击波的各项参数；
16.s1.3、确定爆炸碎片初始速度；
17.s1.4、爆炸碎片受力分析及落点确定方法；
18.s1.5、根据s1.4中获取的爆炸落点确定爆炸范围。
19.优选的，其中s1.1具体包括：地面爆炸物爆炸公式为：
20.m
tnt
＝k*m
t
21.式中，m
tnt
为爆炸等效的tnt当量，k为爆炸物的爆炸系数，m
t
为爆炸物的质量。
22.优选的，其中s1.2具体包括：确定爆炸威力后，可以获取爆炸冲击波的各项参数，例如比冲量is、侧向压力ps，用于确定爆炸冲击波对碎片的加速作用。
23.优选的，其中s1.3具体包括：爆炸碎片在爆炸中获得的速度来源包括弹药爆裂时碎片受高压气体作用而加速，以及爆炸冲击波对碎片的加速作用；其中碎片受高压气体作用获取的初始速度计算公式为
[0024][0025]
式中，u为碎片获得的速度，u、p、k为中间变量、aq为常数，是爆炸产生的气体中的音速，p为常数，是弹药外壳的耐压、p0为常数，是爆炸发生位置的大气压力、v0为常数是弹药外壳的容积，mc为常数是弹药外壳的质量、m
p
为弹药外壳的质量；上式即可求得碎片受高压气体作用而获得的速度u
[0026]
碎片受爆炸冲击波作用获取的初始速度计算公式为
[0027][0028]
式中，v为碎片受冲击波作用而获得的速度，is为s1.2中可以确定的参数，是爆炸冲击波的比冲量，同时cd为s1.2中可以确定的碎片阻力系数，a为s1.2中所确定的碎片受力面积，ps为s1.2中确定爆炸冲击波的侧向压力，利用已知条件代入上述方程即可求解碎片受冲击波作用而获得的速度v；
[0029]
确定了碎片受高压气体作用而获得的速度u和碎片受冲击波作用而获得的速度v，即可按矢量合成向不同方向投射出去的碎片速度v
p
，按矢量合成速度的公式如下：
[0030][0031]
优选的，其中s1.4具体包括：对爆炸碎片进行受力分析，考虑碎片速度方向在oxy平面的情况内，可列出碎片飞行的微分方程组如下：
[0032][0033]
式中，为碎片飞行时在x方向的加速度，为碎片飞行时在x方向的速度，为碎片飞行时在y方向的加速度，为碎片飞行时在y方向的速度，a为s1.2中所确定的碎片受力面积，cd为s1.2中确定的碎片阻力系数，c
l
为s1.2中确定的碎片升力系数，ρ为s1.2中确定的碎片密度，m
p
为s1.2中确定的碎片质量，α为s1.2中确定的碎片飞行时攻角，由于爆炸发生后碎片的初始位置(x0,y0,0)已知，初始速度已知，因此可以用迭代法求解碎片飞行中各个时刻的位置(x
t
,y
t
,0)，并与地理信息系统中的地形数据(xr,yi,0)进行比较，用迭代法确定出y
t
＝y
l
时停止迭代计算，碎片已落到地面，碎片的落点坐标为(x
t
,y
t
,0)；对于初始速度不在oxy平面内的碎片，首先根据爆炸瞬时速度v确定其与xy平面的夹角为γ，然后用迭代法确定碎片的落点坐标(x
t
,cosγ,y
t
,x
t
sinγ)；以此可以确定爆炸碎片受力落点。
[0034]
优选的，其中s3具体包括：在试验场上由爆炸中心向爆炸外围依次设置若干冲击力测试模块，启动爆炸测试后通过测试模块对冲击力进行测定。
[0035]
优选的，其中s4具体包括：从爆炸外围向爆炸中心依次获取冲击力数值并通过数值建立拟合曲线，将后续数值与拟合曲线的预测数值比对，若实际数值与拟合曲线预测数值的方差处于置信区间内，将实际数值导入拟合曲线方程并进行后续数据的处理。
[0036]
(三)有益效果
[0037]
与现有技术相比，本发明提供了一种瞬态高过载爆炸冲击测试方法，具备以下有益效果：
[0038]
1、该一种瞬态高过载爆炸冲击测试方法，通过设置的多设备对冲击力进行测量，可以提高测量精度，避免单个测量设备受冲击力影响导致的精度下降。
[0039]
2、该一种瞬态高过载爆炸冲击测试方法，通过设置的数值拟合方法可以以远离爆炸中心的测量设备为基准建立冲击力拟合曲线，并将处于置信区间的实际数值并入拟合曲线进行多次校准，从而提高对冲击力的测量精度。
[0040]
3、该一种瞬态高过载爆炸冲击测试方法，通过设置的爆炸碎片测量方法可以对爆炸测试时的碎片分布进行预估计算，从而对试验范围进行确定。
附图说明
[0041]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0042]
图1为本发明的流程图；
具体实施方式
[0043]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0044]
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0045]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0046]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0047]
请参阅图1，包括以下步骤：
[0048]
s1、待测试爆炸物的当量以及爆炸范围的确定；
[0049]
其中，所述s1具体包括：
[0050]
s1.1、计算待测试爆炸物的当量；
[0051]
其中s1.1具体包括：地面爆炸物爆炸公式为：
[0052]mtnt
＝k*m
t
[0053]
式中，m
tnt
为爆炸等效的tnt当量，k为爆炸物的爆炸系数，m
t
为爆炸物的质量；
[0054]
s1.2、获取爆炸冲击波的各项参数；
[0055]
其中s1.2具体包括：确定爆炸威力后，可以获取爆炸冲击波的各项参数，例如比冲量is、侧向压力ps，用于确定爆炸冲击波对碎片的加速作用；
[0056]
s1.3、确定爆炸碎片初始速度；
[0057]
其中s1.3具体包括：爆炸碎片在爆炸中获得的速度来源包括弹药爆裂时碎片受高压气体作用而加速，以及爆炸冲击波对碎片的加速作用；其中碎片受高压气体作用获取的初始速度计算公式为
[0058][0059]
式中，u为碎片获得的速度，u、p、k为中间变量、aq为常数，是爆炸产生的气体中的音速，p为常数，是弹药外壳的耐压、p0为常数，是爆炸发生位置的大气压力、v0为常数是弹药外壳的容积，mc为常数是弹药外壳的质量、m
p
为弹药外壳的质量；上式即可求得碎片受高压
气体作用而获得的速度u
[0060]
碎片受爆炸冲击波作用获取的初始速度计算公式为
[0061][0062]
式中，v为碎片受冲击波作用而获得的速度，is为s1.2中可以确定的参数，是爆炸冲击波的比冲量，同时cd为s1.2中可以确定的碎片阻力系数，a为s1.2中所确定的碎片受力面积，ps为s1.2中确定爆炸冲击波的侧向压力，利用已知条件代入上述方程即可求解碎片受冲击波作用而获得的速度v；
[0063]
确定了碎片受高压气体作用而获得的速度u和碎片受冲击波作用而获得的速度v，即可按矢量合成向不同方向投射出去的碎片速度v
p
，按矢量合成速度的公式如下：
[0064][0065]
s1.4、爆炸碎片受力分析及落点确定方法；
[0066]
其中s1.4具体包括：对爆炸碎片进行受力分析，考虑碎片速度方向在oxy平面的情况内，可列出碎片飞行的微分方程组如下：
[0067][0068]
式中，为碎片飞行时在x方向的加速度，为碎片飞行时在x方向的速度，为碎片飞行时在y方向的加速度，为碎片飞行时在y方向的速度，a为s1.2中所确定的碎片受力面积，cd为s1.2中确定的碎片阻力系数，c
l
为s1.2中确定的碎片升力系数，ρ为s1.2中确定的碎片密度，m
p
为s1.2中确定的碎片质量，α为s1.2中确定的碎片飞行时攻角，由于爆炸发生后碎片的初始位置(x0,y0,0)已知，初始速度已知，因此可以用迭代法求解碎片飞行中各个时刻的位置(x
t
,y
t
,0)，并与地理信息系统中的地形数据(xr,yi,0)进行比较，用迭代法确定出y
t
＝y
l
时停止迭代计算，碎片已落到地面，碎片的落点坐标为(x
t
,y
t
,0)；对于初始速度不在oxy平面内的碎片，首先根据爆炸瞬时速度v确定其与xy平面的夹角为γ，然后用迭代法确定碎片的落点坐标(x
t
,cosγ,y
t
,x
t
sinγ)；以此可以确定爆炸碎片受力落点；
[0069]
s1.5、根据s1.4中获取的爆炸落点确定爆炸范围；
[0070]
s2、爆炸试验场地设定
[0071]
当通过s1获取了爆炸碎片的落点后，根据爆炸碎片的落点对爆炸试验场进行选定；
[0072]
s3、爆炸冲击力的测定；
[0073]
其中s3具体包括：在试验场上由爆炸中心向爆炸外围依次设置若干冲击力测试模块，启动爆炸测试后通过测试模块对冲击力进行测定
[0074]
s4、爆炸冲击力的结果分析；
[0075]
其中s4具体包括：从爆炸外围向爆炸中心依次获取冲击力数值并通过数值建立拟合曲线，将后续数值与拟合曲线的预测数值比对，若实际数值与拟合曲线预测数值的方差处于置信区间内，将实际数值导入拟合曲线方程并进行后续数据的处理。
[0076]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。