一种测量密闭容器爆炸载荷下动态响应的系统及方法_2

文档序号:8941265阅读:来源:国知局

[0023] 整体连接关系:
[0024] 所述电雷管插入起爆药柱中,起爆药柱装载在药柱固定结构的装药容器中,炸药 固定结构的支撑杆与待测容器的容器壁固连;所述同步触发器通过同轴电缆分别与所述电 雷管和两台串联的高速相机连接;所述高速相机通过千兆网线与计算机采集终端连接;两 台高速相机拍摄方向之间夹角α为15°~30°,且视场与待测样品表面重合;两套以上的 照明装置均匀分布在待测容器待测表面的前方。
[0025] 进一步的,所述同步触发器可输出具有上升沿的脉冲电信号,其输出信号为5伏 TTL ;
[0026] 所述电雷管为5号电雷管。
[0027] 工作原理:利用两台同步触发的高速相机记录待测容器壳体表面在爆炸加载下完 整的动态变形过程,结合三维数字图像相关方法对变形过程数据进行处理得到壳体表面的 三维位移、速度和二维应变场分布信息,进一步得到待测容器壳体表面在响应过程中的瞬 时最大位移、速度和应变大小,以及响应结束以后的最终位移和应变大小;通过提取壳体的 离面位移-时间曲线,对其进行快速卷积傅里叶变换,可以得到壳体在响应过程中的振动 频率及幅值分布,以此确定壳体的振动特征以及响应特性;通过壳体响应结束以后的最终 位移和应变量大小,评价待测容器在该装药质量产生的爆炸载荷作用下是否发生不可恢复 的塑性变形等损伤,并确定损伤部位,判断装药质量是否超过待测容器的实际许用药量并 与设计许用药量进行比较,评估该待测容器的安全性和产品质量。
[0028] 有益效果
[0029] (1)本发明所述系统的实验测试条件可以通过装药量调节,保持相机位置和观测 部位不变,可以进行多次测试,可重复性较好,适用于研究不同强度载荷加载条件下的梯度 实验,有助于总结评估待测容器的安全性和装药量;
[0030] (2)本发明所述方法的测量条件要求简单,非接触能保证安全,并且对于动态过程 的测量精度较高,可以捕捉整个爆炸过程中的待测容器壳体待测表面全场变形信息,适用 于多种结构的待测容器测量;
[0031] (3)本发明所述方法选取底漆的厚度< 0. 1_,可以防止漆层脱离;同时使用所述 散斑场模板制作散斑快键方便,可控的散斑点大小可以防止散斑点过小影响计算结果;且 通过计算机采集终端上的DIC计算软件进行计算,得到待测样品的全场应变信息;
[0032] (4)本发明所述方法采用同步触发同步控制电路,能保证高速相机和炸药同步触 发,保证两台相机的图像和实际测试过程在时域上的一致性;
[0033] (5)本发明所述测量方法可以通过改变待测部位,对待测容器壳体中环面、封头等 多个部位进行全面观测,可以为较为全面的分析密闭容器的动态响应提供足够数据;除了 常用的位移分析方法外,由于DIC方法可以测得速度场和应变场结果,可以进行三种模态 分析方式(位移分析、应变分析和加速度分析)多角度的分析,具有较高的范用性和灵活 性。
【附图说明】
[0034] 图1待测容器工作动态响应的测量装置示意图;
[0035] 图2实例1中测量区域的离面位移频谱分布曲线;
[0036] 图3实例1中测量区域的面内应变频谱分布曲线;
[0037] 图4实例1中测量区域离面加速度频谱分布曲线;
[0038] 其中,1-待测容器,2-药柱固定结构,3-同步触发器,4-照明装置,5-高速相机, 6-计算机米集终端。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图和具体实施例来详述本发明,但不限于此。
[0040] 以下实施例中所述的待测容器为球形短圆柱形状的16MnR材质单层待测容器,容 器内径I. 6m,长I. 80m,壁厚40mm,容器封顶采取内开式无法兰顶盖封闭。
[0041] 实施例1
[0042] -种测量密闭容器爆炸载荷下动态响应的方法,所述方法具体步骤如下:
[0043] (1)对待测容器的待测表面进行去除油污并打磨处理后,在待测表面喷涂一层厚 度< 0.1 mm的白色底漆,在湿度为9. 41的条件下自然晾干,将散斑场模板覆盖在底漆表面, 制作随机分布的黑色散斑点,得到散斑场;
[0044] 其中,所述散斑场模板为硬纸板材质,其上均匀分布大小相近的不规则形状孔洞; 所述孔洞通过激光微刻制作得到,其直径在高速相机视场内的大小为5个像素,实际大小 为 0· 2mm ;
[0045] (2)将5号电雷管插入由201g的8701炸药冷压成型的起爆药柱中,连接电雷管 和同步触发器,将起爆药柱放入装药容器中将炸药固定结构固连到待测容器的筒壁上;连 接同步触发起器、高速相机和计算机采集终端;调整两台高速相机拍摄方向之间夹角α为 2Γ,聚焦使所述高速相机视场与待测表面的散斑场重合;将两套以上的照明装置均与分 布在待测表面的前方,打开照明装置的光源,照亮散斑场;
[0046] (3)对尚速相机进彳丁二维标定,米集15幅以上的标定板图像;将所述标定板图像 导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行计算,得到高速相机的空间坐标系和单个相机 的内部参数;
[0047] 其中,DIC为三维数字图像相关方法的简称;
[0048] (4)通过同步触发器触发电雷管,电雷管引爆药柱,同时,同步触发器同步输出一 个5V的TTL上升沿脉冲信号触发高速相机采集待测容器在工作过程中表面散斑场的变形 过程,得到记录有变形信息的数字图像;
[0049] (5)将所述数字图像导入计算机采集终端上的DIC计算软件进行相关匹配计算, 得到爆炸过程中待测容器待测表面的初始三维位移场信息;根据所述位移场信息利用差分 法和导数法分别计算出三维速度场信息和二维面内应变场信息;最后根据计算的信息分析 待测容器在爆炸载荷作用下的变形响应特征;
[0050] (6)提取待测容器响应过程中观测表面区域的某点和平均离面位移-时间曲线, 对所述曲线进行快速卷积傅里叶变换,得到待测区域的弹性振动频谱分布曲线(见图2)、 加速度频谱曲线和应变频谱曲线(见图4),根据频谱分布特征得到容器振动响应的主要频 率及对应幅值,获得待测容器在爆炸载荷作用下的振动特性;
[0051] (7)再次触发高速相机采集响应结束以后的容器表面静止图像,与爆炸前待测容 器待测表面的初始变形图像进行相关匹配,计算得到待测容器壳体的最终三维位移场和应 变场信息。
[0052] 其中,所述待测表面为待测容器的侧壁和封头部位;相关数据见表1,根据测量结 果,可知,在201g 8701炸药的作用下,待测容器未发现较为明显的塑性变形和损伤部位, 待测容器的安全性较好,待测容器的质量合格;弹性振动为待测容器壳体在爆炸载荷作用 下的主要响应形式,所述待测容器侧壁的主要振动频率为410Hz,待测容器封头部位的主要 振动频率为 410、589、724、978、1081、1349、1567、1781、2023Hz。
[0053] 所述方法采用的系统的结构示意图如图1所示,其主要包括待测容器1、同步触发 器3、起爆装置、照明装置4、高速相机5和计算机采集终端6 ;
[0054] 所述待测容器1的待测表面制备有散斑场,所述散斑场由均匀分布大小相近的不 规则散斑点构成;
[0055] 所述高速相机5的个数为两台;所述照明装置4的个数为两套或以上;
[0056] 所述起爆装置包括药柱固定结构2、起爆药柱和电雷管,其中,所述炸药固定结构
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