[发明专利]一种基于霍普金森杆的连续多次等脉宽碰撞冲击试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种基于霍普金森杆的连续多次等脉宽碰撞冲击试验装置及试验方法，试验装置包括支撑装置、动力加载机构、发射炮筒和入射杆，动力加载机构用于驱动发射炮筒内的子弹，子弹撞击入射杆，发射炮筒内的子弹为三级子弹，通过撞击入射杆产生三道应力波，三级子弹为封闭嵌套子弹，入射杆包括引信系统，引信系统设置在入射杆的与撞击头部相反的尾部。本发明利用升级改造的多级子弹霍普金森杆装置，实现侵彻过载信号的数值复现，获得与实弹侵彻等效的特征频率。

技术领域

本发明涉及多层靶高速侵彻数值模拟技术领域，具体为一种基于霍普金森杆的连续多次等脉宽碰撞冲击试验装置及试验方法。

背景技术

随着侵彻速度的提高以及打击目标结构复杂化，子弹在侵彻目标过程中所承受的载荷不仅强度高，而且载荷谱呈现出高频复杂化特征。目前，研究人员在实验室层面获得过载等效信号是十分困难的。

目前已有部分高校和研究机构利用霍普金森实验平台进行了多种试验，例如CN103163037A公开了一种基于霍普金森压杆加载技术的高速约束切削实验装置，实现高应变率和不同塑性变形程度下的约束切削实验。又如CN203519410U公开了一种霍普金森压杆的子弹发射装置，在发射管靠近发射腔的一端设有装弹口，装弹口处设有密封门，使得子弹从装弹口处装入发射管末端，不用再从发射管的管口处填入子弹，然后用铁丝顶入发射管，方便了子弹的装填，提高了使用效率。再如CN110296898A公开了一种高温环境中动静组合加载的霍普金森拉杆装置及方法，通过改进霍普金森拉杆系统，实现温压耦合(静态预应力和实时温度控制加载)状态下试样的动态拉伸加载，测试和研究深部工程中高地应力、高温环境下岩石、混凝土等材料的动态拉伸力学性能和破坏规律特征。

但上述专利或研究均未涉及引信系统的有关加速度计的研究，未能在实验室层面获得过载等效信号。本发明通过建立多级子弹霍普金森平台技术，利用等效试验验证平台确定无量纲参数区间内加速度计的软失效规律，采用不同的脉冲波形等效替代真实的打击目标工况。通过调整子弹的材料体系、几何尺寸来实现不同靶板的特征工况，包括组合靶、多层靶。本发明重点突破多级子弹等效原理的技术难题，实现实验室层面复现实弹侵彻过载信号，降低靶场实验成本，提高实验结果有效性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于霍普金森杆的连续多次等脉宽碰撞冲击试验装置及试验方法，给出等效缩比理论依据，利用升级改造的多级子弹霍普金森杆装置，实现侵彻过载信号的数值复现，建立相应的数值模型，提供实弹侵彻的等效数值方法。

具体地，本发明的技术方案为：一种基于霍普金森杆的连续多次等脉宽碰撞冲击试验装置，所述试验装置包括支撑装置、动力加载机构、发射炮筒和入射杆，所述动力加载机构用于驱动所述发射炮筒内的子弹，所述子弹撞击所述入射杆，其特征在于：所述发射炮筒内的子弹为三级子弹，通过撞击入射杆产生三道应力波，所述三级子弹为封闭嵌套子弹，所述入射杆包括引信系统，所述引信系统设置在入射杆的与撞击头部相反的尾部。

进一步地，动力加载机构为气动加载机构，包括气室和控制阀门

进一步地，所述引信系统至少包括弹簧阻尼系统、微机电系统和加速度传感器。

进一步地，三级子弹中最外面的一级子弹与所述入射杆的材质相同。

进一步地，三级子弹的材质相同，或者从外向内依次为铝合金、钛合金、不锈钢。

使用上面所述的基于霍普金森杆的连续多次等脉宽碰撞冲击试验装置的试验方法，所述三级封闭嵌套子弹的撞击过程看作信号的加载源，即侵彻三层特定目标靶，每一级子弹的幅值与脉宽对应单层靶侵彻中过载信号的最高幅值及脉宽，而每一级子弹的间距则表示侵彻过载中两层靶之间的时间间隔。