[发明专利]一种爆炸实验装置及一维爆炸应力实验方法

说明书

本发明提供一种爆炸实验装置及一维爆炸应力实验方法，所述实验装置包括高速摄影相机、数据处理装置、超动态应变采集仪以及爆炸加载装置；高速摄影相机和超动态应变采集仪分别与数据处理装置电连接，爆炸加载装置能够安装于试件上；试件上安装有多组应变片，多组应变片通过桥盒分别与超动态应变采集仪电连接，从而测得各测点在爆炸应力作用下的应变随时间的变化关系，以表征爆炸应力波在试验材料中的衰减关系；高速摄影相机的镜头对着试件上的条纹，并能够在爆炸时采集条纹的位移；本发明提供的方案，能够对材料进行一维爆炸应力加载，可以获得一维爆炸应力加载状态下，材料中各点的动态应力、应变的变化状态。

技术领域

本发明属于爆炸实验测试技术领域，具体涉及一种爆炸实验装置及一维爆炸应力实验方法。

背景技术

炸药爆炸产生短历时、陡升时的强动载荷对被爆物体的作用是难以准确计算的科学问题。我国煤矿井巷和城市隧道的爆破工程中，多数都是大药量、多炮孔、多延时的爆炸过程，被爆物体在复杂爆炸动载下的破坏和围岩的损伤无法准确计算和评估。现阶段对材料在强动载荷下的动态力学性质的研究主要分为室外爆炸试验和室内SHPB实验、空气炮实验、Taylor冲击实验等等，这些手段各有优缺点；现场爆炸试验能够模拟现场实际，获得更贴近实际的实验数据，但无法同时观测到材料的应变、质点位移速度和边界应力，现场实验材料的复杂性也造成了试验数据离散严重；通过采用标准试件进行室内SHPB实验等对传统的爆破实验结果有所进步，但是工程爆破中炸药爆生产物包括爆炸应力波动作用和爆生气体静作用的先后作用形式，这种实验方法只考虑了应力波的作用时间和强度，忽略了爆生气体对爆生裂隙的气楔作用，更不能表征炸药爆炸时与炮孔的不耦合作用的影响；对被爆材料来说，炸药发生化学反应爆炸施加的不是简单的应力作用，获得炸药爆炸作用下材料的完整应力应变关系显得尤为重要。

基于上述爆炸实验中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种爆炸实验装置及一维爆炸应力实验方法，旨在解决现有爆炸实验测试的问题。

本发明提供一种爆炸实验装置，所述实验装置包括高速摄影相机、数据处理装置、超动态应变采集仪以及爆炸加载装置；高速摄影相机和超动态应变采集仪分别与数据处理装置电连接，从而实现数据传输；爆炸加载装置能够安装于试件上，从而在爆炸过程中对试件进行加载；试件上粘贴有多组应变片，多组应变片通过桥盒分别与超动态应变采集仪电连接，从而测得各测点在爆炸应力作用下的应变随时间的变化关系，以表征爆炸应力波在试验材料中的衰减关系；试件的表面喷涂有多组条纹；高速摄影相机的镜头对着试件上的条纹，并能够在爆炸时采集条纹的位移。

进一步地，试件沿竖直方向设置，试件的表面沿竖直方向喷涂有多组黑白相间的斑马条纹，高速摄影相机位于斑马条纹的一侧，试件的底部与透射杆连接，透射杆的底部设置于能量吸收装置上，爆炸加载装置设置于试件的顶部；斑马条纹和透射杆上分别设有应变片，通过测得应变片的应变来反算实验材料尾端的应力变化过程，并作为材料的应力边界条件。

进一步地，爆炸加载装置包括封堵盖和底座，底座内设有腔体，腔体沿竖直方向延伸至底座的上端面；封堵盖能够放置于腔体内，并封堵腔体；腔体底部用于盛放炸药，封堵盖的侧面上套设有橡胶圈，橡胶圈的外径大于腔体的内径，从而使得封堵盖能够通过橡胶圈挂设于腔体内。

进一步地，底座的侧壁上设有排烟孔，排烟孔沿水平方向连通腔体和外界；腔体的内部设有垫片，垫片用于盛放炸药；底座的底部设有安装槽，底座通过安装槽安装在透射杆的顶部；橡胶圈能够在封堵盖上移动，从而调节封堵盖伸入腔体内的深度，进而改变装药空间的大小，通过控制装药空间和装药量的比例，可以实现不同耦合程度对爆炸应力的影响。

进一步地，垫片能够将炸药和试件隔开，从而把爆炸产生的复杂应力简化为一维应力作用在试件的表面；垫片的厚度能够改变，从而实现不同脉冲宽度和应力加载时间。