CN103487337B - ******冲击剪切复合加载试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提供一种******冲击剪切复合加载试验装置，包括加载源组件、剪切实施组件和见证板；加载源组件包括***、驱动***、缓冲层和驱动钢板；驱动***、缓冲层和驱动钢板均为圆片；所述***固定在圆形驱动***上；剪切实施组件包括主***、限制体和基座；驱动***、缓冲层、驱动钢板和主***从上向下依次置于限制体内；基座的内径小于主***的截面直径；限制体安装在基座上；见证板为一圆柱，基座固定在见证板上。本发明的加载试验装置具有冲击和剪切综合作用，且具有高应变率，本发明用于进行由于冲击剪切作用引起的***起爆试验，其能够满足研究和探讨冲击剪切复合作用对***装药点火的影响。

Description

******冲击剪切复合加载试验装置

技术领域

本发明属于***性能测试领域，具体涉及一种******冲击复合加载试验装置。

背景技术

侵彻武器战斗部装填用***装药要求在武器侵彻贯穿过程中不发生任何意外反应，保证其安定性能，以满足这类武器应用的实战需求。撞击安全性能一直是此类弹药研究的重要内容，尤其是对于***装药受到外部高速冲击作用条件下的安全性成为关注热点。认识和研究在这类应用环境条件下***装药发生反应的影响因素和响应机制具有重要的意义。

依据武器实际应用和试验加载条件，***装药动态性能可分为低速加载动态性能和高速加载动态性能，或者低应变动态性能和高应变动态性能。在不同动态条件下，因加载环境的变化可能引起***点火机制不同，造成***装药的响应程度大相径庭，只有***地研究不同加载条件下***装药的响应状态及其点火机制才能有助于真正认识和掌握事物的本质特性。所以针对不同加载速率试验要求，需设计与之相应的试验装置和试验方法。

目前，国内建立了各类撞击加载试验装置，用于评估***在受到撞击条件下地响应特性，主要包括大落锤装置、霍普金森杆、空气动力炮等方法。其中，大落锤试验的动态加载速度较低，一般处于亚音速范围，但现代硬目标武器侵彻速度基本在音速以上；在力学方面，大落锤冲击试验装置的应力往往较高（约1GPa），但是应变率不高，无法反映高应变速率条件下***的响应，所以试验结果与实际应用状态有较大差异。霍普金森杆试验装置是国内外研究材料高速加载动态响应力学性能的最重要试验手段，广泛应用于各种类型的非含能材料。虽然霍普金森杆试验装置的加载应力和应变率较高，但是试验药量太小，约为10g左右，难以反映尺寸效应对试验结果的影响。此外，这类试验装置主要在实验室内进行，且装置配件价格昂贵，不能开展含能材料的性能研究，尤其是***装药在高应变速率加载条件的点火机制的研究。空气动力炮加载试验方法不能用于加载***性物质的性能研究；靶场火炮加载、火箭橇加载往往试验太昂贵，不适合于基础研究阶段需要。

除此之外，V.Boyle等人专门设计了一套试验装置，用来研究***本身因剪切作用造成的引爆。该装置采用活塞驱动方式将冲击剪切作用加载于主***试样，得到了剪切速度为30m/s时不同***剪切引爆的最低压力。装置的不足在于只能进行剪切作用的加载，而且加载速率小，应变速率低，无法反映高速撞击条件下弹药与侵彻目标接触瞬间产生的强冲击应力。

上述试验加载装置和方法作用方式单一，无法评估***装药在侵彻过程中复杂苛刻的受力情况，目前尚没有同时具有冲击和剪切复合作用的高应变率加载试验测试装置。因此，建立一套******冲击剪切复合加载试验装置，用于研究和探讨冲击剪切复合作用对***装药点火的影响，为侵彻过载类弹药的设计提供试验手段和评估技术具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服背景技术的不足，根据***在侵彻武器作用过程中的特点，提供一种******冲击复合加载试验装置，该装置具有冲击和剪切综合作用，且具有高应变率，本发明用于进行由于冲击剪切作用引起的***起爆试验，其能够满足研究和探讨冲击剪切复合作用对***装药点火的影响。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案予以解决：

一种******冲击剪切复合加载试验装置，包括加载源组件、剪切实施组件和见证板；

所述加载源组件包括***、驱动***、缓冲层和驱动钢板；所述驱动***、缓冲层和驱动钢板均为圆片；所述***固定在圆形驱动***上；

所述剪切实施组件包括主***、限制体和基座；所述主***为一圆柱；所述限制体和基座均为中空柱体且内腔均为圆柱；驱动***、缓冲层、驱动钢板和主***的截面直径相同；限制体的厚度不小于驱动***、缓冲层、驱动钢板和主***的厚度之和；驱动***、缓冲层、驱动钢板和主***从上向下依次置于限制体内且侧面均接触限制体内壁；所述基座的内径小于主***的截面直径，基座的外径大于限制体的外径；所述限制体安装在基座上；

所述见证板为一圆柱，见证板的截面直径大于基座的外径，基座固定在见证板上。

本发明还包括如下其他技术特征：

所述***采用***座固定在圆形驱动***的中心处。

所述限制体通过基座上表面的凹槽安装在基座上。

所述基座、限制体和见证板的轴心线重合。

所述驱动***、缓冲层和驱动钢板各自的厚度为1-6mm，直径为30-100mm。

所述限制体的内径为30-100mm。

本发明的构思如下：

战斗部侵彻过程中引起装药不安定的因素有很多种，其中冲击波作用导致装药起爆是—个不容忽视的重要因素，侵彻过程中会瞬间产生高强度的冲击应力（一般可达几百MPa甚至GPa），是一种强冲击载荷方式。另外，通过传统的机械冲击作用获得高强度、高应变率实施是十分困难的。研究表明，冲击波强度量级最高可达几十GPa，在此作用下，物体产生应变率高达10⁴～10⁵s^-1。如何在获得高强度、高应变率的同时又能够避免冲击波作用导致装药起爆？对此，本发明设计了由******产生冲击波的加载作用装置，该装置通过在驱动***和主***之间放置缓冲材料（即缓冲层），来有效降低冲击波加载作用强度和冲击波峰值前沿，达到试验所需冲击强度。

另外，弹体侵彻过程中***装药受到高速冲击作用，在这种环境中，***自身因受力分布不均匀，在发生较高应变率（10⁴～10⁵s^-1）和受到较大冲击应力（大于几百MPa）的同时，往往产生***内部的剪切作用，产生微裂纹和微孔洞等损伤，在其内部形成剪切带，在冲击载荷下，***这种高应变率下的局部变化会在该微裂纹和微孔洞等区域造成明显温升，导致***发生意外“点火”响应。因此，本发明将对主***产生冲击作用的驱动***和驱动钢板均设计为圆形，以使主***受力均匀，避免上述意外“点火”响应现象。

目前的冲击加载试验装置在药量小的情况下可实现加载速率高的要求；但是如果增大药量必须要在降低加载速率的前提下完成，二者存在一定的矛盾。而且冲击作用条件单一，冲击和剪切作用不能同时作用于***受载荷过程中，因而不能全面反映弹体侵彻过程中先受到高速冲击作用后造成内部***装药的剪切作用的实际应用环境。对此，本发明对各部件的尺寸进行了试验优选，从而在保证高应变率加载的条件下实现驱动***的药量增减，还能够根据实际应用情况，适当调整各部件尺寸以满足增减主***的药量的需求。

如图3所示，本发明选用的驱动***采用圆片状，以******作为样品加载源，***后能够产生稳定的平面波，平面冲击波均匀传播并通过缓冲层对冲击波的衰减作用，最终形成试验所需的冲击应力值（几百MPa甚至GPa）和高应变率值（一般应变率为10⁵s^-1以上）范围。主***在冲击波的冲击载荷下，由具有一定强度的驱动钢板推动***。在环周限制条件下，***作用推动主***药柱向基座的内腔移动，在变径位移过程中，主***与基座内腔表面之间发生剪切作用，同时，由于驱动******产生的冲击波经过主***，从而对主***构成了冲击和剪切的复合加载方式。

本发明主要用于考核在冲击剪切复合作用条件下***的点火响应特点，故必须确保测试样品（即主***）在驱动******冲击作用下不会发生冲击起爆，因此在试验开展前，需对主***进行空白试验，即没有带孔基座7的条件下进行冲击加载试验，根据见证板的响应状态，确定主***无反应的情况下，再开展后续的冲击剪切试验。具体的冲击剪切试验过程为：在***作用下驱动******产生冲击波，冲击波经缓冲层衰减后，推动驱动钢板迅速移动，使得主***挤入基座的内腔，从而发生剪切作用。

应用本发明的加载试验装置能够达到试验目的要求，是具有合理性和可行性的。试验结果证明，在高速冲击加载条件下，剪切作用可造成主***点火。对于研究在动态高应变率加载条件下冲击剪切作用对***点火影响提供了试验手段。

与现有的******加载试验试验装置相比，本发明的优点如下：

1、通过限制体以及其下方中空的基座，利用加载源组件的作用，本发明能够全面反映弹体侵彻过程中先受到高速冲击作用后造成内部***装药的剪切作用的实际应用环境，使得试验结果更真实。

2、本发明具有高应变率。

3、驱动***采用圆片状能够产生平面波，且缓冲层和驱动钢板均为圆片，使起爆能量能够均匀传递，使得主***受力分布均匀，避免了主***内部的剪切作用导致意外点火响应。

4、通过试验进行各部件的尺寸选择，使得冲击力符合试验所需冲击强度要求的同时，避免主***起爆。

5、限制体、基座和见证板同轴同心依次装配，且限制体的底面固定于基座的凹槽内，使得整个装置体系轴心稳定。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

附图说明

图1是本发明的******冲击剪切复合加载试验装置的结构示意图。

图2是基座的剖面示意图。

图3是剪切冲击试验的设计原理图。

具体实施方式

如图3所示，本发明的******冲击剪切复合加载试验装置，包括加载源组件、剪切实施组件和见证板8。

所述加载源组件包括***1、驱动***2、缓冲层3和驱动钢板4；所述驱动***2、缓冲层3和驱动钢板4均为圆片；所述***1采用***座固定在圆形驱动***2的中心处。

所述剪切实施组件包括主***5、限制体6和基座7；所述主***5为一圆柱；所述限制体6和基座7均为中空柱体且内腔均为圆柱；驱动***2、缓冲层3、驱动钢板4和主***5的截面直径相同；限制体6的厚度不小于驱动***2、缓冲层3、驱动钢板4和主***5的厚度之和；驱动***2、缓冲层3、驱动钢板4和主***5从上向下依次置于限制体6内且侧面均接触限制体6内壁；所述基座7的内径小于主***5的截面直径，基座7的外径大于限制体6的外径。限制体6通过基座7上表面中部的凹槽安装在基座7上。

所述见证板8为一圆柱。见证板8的截面直径大于基座7的外径；基座7固定在见证板8上；基座7、限制体6和见证板8的轴心线重合。

本发明中各部件的选择如下：

***1选择普通***，如8#铜***或纸***。

驱动***2根据实际需要选择具有特定***性能和具体厚度的***，如挠性***或其他***药片；

缓冲层3的材料采用具有衰减特性的高分子材料，如聚四氟乙烯或聚氨酯，其厚度可根据主***5的不同进行调整；

驱动***2、缓冲层3和驱动钢板4各自的厚度为1-6mm，直径为30-100mm。经试验，它们各自的较优厚度为2-4mm，较优直径为40-50mm。

所述主***5根据具体试验要求确定其组成和密度。主***5是采用单一***的药柱进行实验测试，密度测准至0.01g/cm³，主***5应无裂纹、缩孔或其它疵病，表面光滑平整。

所述驱动钢板4、限制体6、基座7和见证板8的材质均为钢材质，如45#钢材质。限制体6的内径为30-100mm；见证板8的厚度应能够区分主***5的点火响应程度，一般不小于3mm。

基座7的开孔直径可根据试验要求进行设计，一般小于主药柱5的直径，以保证主***5进入基座7内后两者之间形成剪切带；基座7的厚度不应小于限制体6的厚度，防止挤实。见证板8的直径应大于基座7的外径。

以下给出本发明优选的实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例：遵循本发明的上述技术方案，本实施例中的加载试验装置的加工及应用过程如下：

（1）制造

本发明的金属件（包括驱动钢板4、限制体6、基座7和见证板8）均采用45#不锈钢材料制成。

***1选择8#铜***；

驱动***2采用88%泰安（PETN）12%惰性粘结剂混合制成的挠性***；缓冲层3的材料为聚四氟乙烯，端面光滑平整。驱动钢板4的端面光滑平整。该三者的厚度均为2mm，直径为50mm。

主***5选用PBXN-109***压制为药柱，药柱的尺寸为Ф50mm×30mm。

限制体6为圆筒，内径为50mm，壁厚为20mm，高度为40mm；端面平整光滑。

基座7内径为25mm，高度35mm；端面平整光滑，基座中心位置有一深度2mm的圆形凹槽，凹槽直径与限制体6外径相同，用来固定限制体6防止其滑动。

见证板8厚度为5mm，端面平整光滑。

（2）装配

如图1所示，将上述各组件紧密贴合装配。采用木质或泡沫材质的***座将***1固定在起爆***2的中心位置。起爆***2、缓冲层3、驱动钢板4和主***5四者依次贴合装配于限制体6圆筒内，主***5的下端面与限制体6的下端面齐平。限制体6、基座7和见证板8同轴同心依次装配，限制体6的底面固定于基座7的凹槽内，使得整个装置体系轴心稳定。

（3）应用

选用尺寸为Ф50mm×30mm的PBXN-109***和PBX-1***分别制成药柱，并分别作为主***5开展冲击剪切复合加载试验。其中，PBX-1***由以下原料按照重量百分比混合而成：黑索金64%、铝粉20%、端羟基聚丁二烯4%、己二酸二辛脂7%、醋酸乙烯脂共聚物4%，石墨1%。PBXN-109药柱采用成型药柱机械加工而成；PBX-1药柱利用Ф50mm模具挤压成型。

试验结果证明，在高速冲击加载条件下，剪切作用可造成主***5点火。通过比较见证板8的破坏程度和下陷体积可知，PBXN-109药柱响应剧烈，PBX-1***响应温和；且采用PBXN-109药柱作为主***5时见证板8的下陷体积是采用PBX-1药柱时下陷体积的1.8倍。可知PBX-1***的抗剪切作用能力较PBXN-109***优良。

Claims (4)

1.一种******冲击剪切复合加载试验装置，其特征在于，包括加载源组件、剪切实施组件和见证板(8)；

所述加载源组件包括***(1)、驱动***(2)、缓冲层(3)和驱动钢板(4)；所述驱动***(2)、缓冲层(3)和驱动钢板(4)均为圆片；所述***(1)固定在圆形驱动***(2)上；

所述剪切实施组件包括主***(5)、限制体(6)和基座(7)；所述主***(5)为一圆柱；所述限制体(6)和基座(7)均为中空柱体且内腔均为圆柱；驱动***(2)、缓冲层(3)、驱动钢板(4)和主***(5)的截面直径相同；限制体(6)的厚度不小于驱动***(2)、缓冲层(3)、驱动钢板(4)和主***(5)的厚度之和；驱动***(2)、缓冲层(3)、驱动钢板(4)和主***(5)从上向下依次置于限制体(6)内且侧面均接触限制体(6)内壁；所述基座(7)的内径小于主***(5)的截面直径，基座(7)的外径大于限制体(6)的外径；所述限制体(6)安装在基座(7)上；

所述见证板(8)为一圆柱，见证板(8)的截面直径大于基座(7)的外径，基座(7)固定在见证板(8)上；

所述驱动***(2、)缓冲层(3)和驱动钢板(4)各自的厚度为1-6mm，直径为30-100mm；

所述限制体(6)的内径为30-100mm。

2.如权利要求1所述的******冲击剪切复合加载试验装置，其特征在于，所述***(1)采用***座固定在圆形驱动***(2)的中心处。

3.如权利要求1所述的******冲击剪切复合加载试验装置，其特征在于，所述限制体(6)通过基座(7)上表面的凹槽安装在基座(7)上。

4.如权利要求1所述的******冲击剪切复合加载试验装置，其特征在于，所述基座(7)、限制体(6)和见证板(8)的轴心线重合。