一种冲击试验中靶板试验装置的设计方法及靶板试验装置与流程

本发明涉及测试固体材料强度特性的，具体而言，涉及一种冲击试验中靶板试验装置的设计方法及靶板试验装置。

背景技术：

1、开展冲击试验是研究构筑物在冲击作用下的动力响应的主要方法之一。但是开展整体结构冲击试验的难度较大，耗费的财力、物力、人力资源极大，所以冲击试验往往针对局部区域开展。试验中使用的局部结构由整体结构中截取得到，若冲击试验中设置的板件支撑无法合理的实现整体结构中局部结构真实的边界支撑情况，有可能会导致不准确的试验后果。

2、另外，气炮、火炮发射弹体的冲击对象是竖直放置的，冲击过程中弹体会对靶板产生较大的瞬时冲击力，支撑体系设计不合理会导致靶板倾倒，也会造成试验失败。因此，合理地设计靶板的背部支撑结构以及还原局部结构真实的边界条件对于试验的顺利开展意义重大。

3、目前针对中、高速冲击试验中的靶板的支撑结构，根据其实际受力情况开展相应设计的研究极少，大多数研究都仅在靶板背后进行简单的支撑即开展冲击试验。也有部分研究进行了靶板背部支撑的设计，在此对相关研究中给出的靶板背部支撑设计情况进行简要说明。在论文(local damage to reinforced concrete structures caused by impactof aircraft engine missiles part 1.test program,method and results)中给出了冲击试验中靶板的背部支撑设计情况，通过对支撑装置的设计，该试验靶板可平动，靶板背部进行支撑设计防止靶板在试验过程中发生倾覆，但是该试验装置未根据局部结构在整体结构中的实际情况进行边界支撑的设计。在论文(dynamic responses of a steel-reinforced concrete target impacted by aircraft models)开展了飞机撞击钢筋混凝土板的冲击试验，该试验中仅设置靶板底部滑动装置，允许靶板平面外移动，同样未结合局部板件实际的边界条件进行设计，且未设置靶板背部支撑结构以防止板件发生倾覆。

4、专利cn115127939a公开了一种抗冲击试验板构件约束装置，包括固定于地面上的底板，底板的上方设置有承托试验板件的承托台，底板的顶部设置有若干支撑座，各支撑座一一对应地对位布置于承托台的各顶角处的底部，支撑座上部设置有与承托台的底部适配的荷载传感器；承托台的上方对位设置有夹板框，试验板件对位夹紧固定于承托台的顶部与夹板框的底部之间，夹板框与承托台之间拆装连接，且承托台的中部及夹板框的中部均具有与试验板件对位配合的冲击口。该抗冲击试验板构件约束装置实现了冲击试验板件固定边界约束条件，但不能适用于水平的冲击试验。

5、数值模拟技术是目前冲击动力学领域进行完整冲击过程仿真分析的一种有效手段，在真实试验研究以及理论公式推导难以开展时，是进行相关研究最为有效的方法。因此，针对现有技术采用数值模拟技术，提出一种从整体结构中截取局部区域开展冲击试验时支撑结构的设计方法非常重要。

6、鉴于以上技术问题，特推出本发明。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种冲击试验中靶板试验装置的设计方法及靶板试验装置，用于解决从整体结构中截取局部区域开展冲击试验时支撑结构设计困难的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提出了一种冲击试验中靶板试验装置的设计方法，冲击试验针对从整体结构中截取的局部区域开展，靶板试验装置包括靶板和背部支撑，靶板用于在冲击试验中模拟在整体结构中截取的局部区域，背部支撑用于支撑靶板，使得靶板立于地面，设计方法步骤为，

3、s1，预仿真，进行飞射物撞击整体结构的数值模拟计算，提取计算结果中截取的局部区域边界处的面外位移δ，进行飞射物撞击局部区域的数值模拟计算，提取计算结果中局部区域受撞击后的动能ek；

4、s2，参数确定，根据提取的面外位移δ和动能ek的数值，通过计算确定背部支撑的总质量。

5、进一步的，在步骤s2中，设定可接受的背部支撑的滑动位移值δ，滑动位移值δ不大于面外位移δ，并获取背部支撑与地面间的摩擦系数μ和重力加速度g，根据公式m＝ek/μgδ，确定背部支撑的总质量m。

6、进一步的，在步骤s2中，根据公式δ＝xδ，0＜x≤0.2，设定可接受的背部支撑的滑动位移值δ，取x＝0.1，根据公式m＝10ek/μgδ，确定背部支撑的总质量m。

7、进一步的，在步骤s1中，进行飞射物撞击整体结构的数值模拟计算时，提取计算结果中截取的局部区域边界处的面外合力f；

8、在步骤s2中，根据公式k＝f/δ，确定背部支撑的总刚度k。

9、进一步的，靶板试验装置还包括弹性组件，用于承受靶板与背部支撑之间的相互作用，弹性组件包括的弹性元件数量为n，n≥3；

10、在步骤s2中，根据公式k＝k/n，确定弹性元件的刚度k。

11、应用本发明的上述技术方案，至少实现了如下有益效果：

12、1、本设计方法通过进行飞射物撞击整体结构和飞射物撞击局部区域分别进行数值模拟计算，给出了靶板背部支撑的最小总质量的计算方法，据此设计的背部支撑可以保证冲击过程中靶板的平面外滑动距离可控。

13、2、本设计方法通过进行飞射物撞击整体结构的数值模拟计算，给出了靶板背部支撑的总刚度的计算方法，并确定了每个弹性元件的刚度，有效还原了局部区域真实的边界条件。

14、3、通过本设计方法进行靶板试验装置的设计可以达到模拟局部区域在整体结构中真实边界支撑条件的效果，从而使得冲击试验结果更接近真实效果，有利于提高冲击试验结果的准确性。

15、为了实现上述目的，根据本发明的一个另一个方面，提出了一种设计方法所得到的靶板试验装置，包括靶板和背部支撑，背部支撑用于支撑靶板，使得靶板立于地面，还包括弹性组件，弹性组件用于承受靶板与背部支撑之间的相互作用。

16、进一步的，还包括连接部，连接部与靶板和背部支撑均连接，在与靶板厚度方向的垂直方向上，连接部的至少部分位于靶板的外周部。

17、进一步的，连接部为约束架，在与靶板厚度方向的垂直方向上，约束架包围靶板的外周部。

18、进一步的，背部支撑包括支撑框，弹性组件位于支撑框和约束架之间，用于承受支撑框与约束架之间的相互作用。

19、进一步的，弹性组件包括多个弹性元件，多个弹性元件位于支撑框上且接触约束架，且在与靶板厚度方向的垂直方向上，多个弹性元件分布于靶板的外周部。

20、进一步的，约束架包括多个定位管，多个定位管分布在靶板厚度方向的垂直方向的外周部，弹性元件的至少部分位于定位管内。

21、进一步的，还包括限位连接件，限位连接件连接支撑框和约束架，并限制支撑框和约束架的距离在一定范围内。

22、进一步的，背部支撑还包括支撑架，支撑架与支撑框连接，支撑架支撑支撑框，使得支撑框立于地面上。

23、进一步的，背部支撑还包括配重块，配重块位于支撑架上。

24、进一步的，靶板试验装置还包括底板，底板至少部分覆盖靶板试验装置的底部，底板与约束架接触的表面上涂有润滑层。

25、应用本发明的上述技术方案，至少实现了如下有益效果：

26、1、本靶板试验装置通过设置在靶板周向的约束架，保证靶板边界处在冲击过程中不破坏，以消除边界条件的影响；并在约束架上设置周向分布的定位管，与支撑框上的弹性元件配合，形成了对靶板的弹性支撑。

27、2、本靶板试验装置通过设置支撑框、支撑架、配重块等部件，并将支撑框与约束架连接，可以保证靶板在冲击过程中不发生倾覆，从而提高试验的安全性及可靠性。

28、3、本靶板试验装置通过设置靶板底部与地面之间设置涂有润滑层的底板，可以实现靶板的无约束滑动，进一步保证了靶板边界条件设置的准确性。