一种机械与热复合刺激下响应的试验装置及方法

1.本发明涉及平板撞击实验技术领域，具体涉及一种机械与热复合刺激下响应的试验装置及方法。

背景技术：

2.随着现代军事技术的发展，对弹药的安全性及爆炸毁伤能力提出了更高要求。平板撞击实验是获得热力学参数以及检验冲击损伤安全性的实验方法之一，同时烤燃试验也是检验和评估热易损性的重要方法。而含能材料在热力复合刺激下的力学损伤及点火机理成为爆炸力学领域的重点研究方向。
3.戴开达等人利用烘箱和电加热套两种热加载方式对pbx进行了热损伤实验，并通过ct扫描对热损伤情况进行了检测。其次采用慢速烤燃实验对不同损伤的进行热感度的实验，测量得到损伤反应时的温度、时间以及反应程度，分析了热损伤对pbx热感度的影响；gallic等对热与机械复合刺激下tatb基pbx的响应情况进行了研究，先对以一定的升温速率进行加热，再用平板撞击加载。但以上两种方式均未考虑所受机械刺激对热感度的影响。
4.周栋等利用一级轻气炮对pbx进行了平板撞击实验，通过回收损伤试件并进行sem分析，研究其损伤模式及损伤演化的物理机制。但其只采用了优质棉纱对样品进行软回收，而未有效解决样品受到冲击后的二次损伤问题。
5.现有平板撞击实验对于的后续回收装置有所欠缺，无法有效避免在受到一次冲击后的二次损伤。现有烤燃试验只考虑了热损伤对于烤燃特性相应的影响，同时现有平板撞击实验也存在只考虑热刺激对机械刺激影响的欠缺，而未考虑机械刺激对于烤燃特性的影响。
6.因此目前缺少一种能适用于平板撞击实验的回收装置，一方面应当避免样品发生二次损伤对其冲击损伤特性研究的影响，同时也应当在回收后对其直接进行烤燃试验研究。

技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提供了一种机械与热复合刺激下响应的试验装置及方法，能够适用于平板撞击实验的回收，避免样品发生二次损伤对其冲击损伤特性研究的影响，同时该装置便于回收后对其直接进行烤燃试验研究。
8.为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种考虑机械与热复合刺激的试验装置，包括样品冲击系统、测试系统以及回收系统。
9.样品冲击系统由飞片、不同厚度的样品和镀膜pmma窗口组成。
10.测试系统由pzt探针、visar系统和pmma通孔组成。
11.回收系统由钢制前端盖、回收套筒、后端盖、限位钢圈和加压弹簧组成。
12.前端盖设置在水平基准台上，样品固定在前端盖中心处；前端盖处设置热电偶键
槽，其内固定热电偶，热电偶粘在样品边侧。
13.镀膜pmma窗口镀膜端面粘结在样品上。
14.样品一旁固定pzt探针，pzt探针的位置靠近回收套筒的中心位置。
15.后端盖内侧设置多个限位钢圈，在限位钢圈与镀膜pmma窗口之间安装加压弹簧。
16.将回收套筒通过螺纹旋转固定在前端盖和后端盖之间。
17.将整个试验装置安放在轻气炮靶室的法兰上；布置visar系统，使激光束在镀膜pmma窗口镀膜中心处反射。
18.进一步地，烤燃系统由加热器、控温箱、保温层、控温热电偶和测温热电偶组成。
19.加热器围绕回收套筒设置，加热器用于加热回收套筒。
20.控温热电偶设置在加热器上，用于控制加热器温升速率。
21.控温箱具备电源模块，设置预期温度和升温速率，电源模块接通加热器。
22.测温热电偶固定在样品外壁，用于测定样品发生响应时的环境温度。
23.保温层围绕在整个试验装置外围。
24.优先地，加压弹簧数量为4个。
25.本发明另外一个实施例还提供了一种考虑机械与热复合刺激的试验方法，一种考虑机械与热复合刺激的试验装置执行测量试验与烤燃试验；
26.测量试验包括如下步骤：当试验装置所处环境的真空度达到一定标准《200pa，利用轻气炮驱动飞片撞击试验装置。pzt探针测量冲击波到达样品(2-1)界面的时刻。visar系统测量样品与镀膜pmma窗口界面粒子速度历史；利用pzt探针测量冲击波到达样品界面的信号与visar系统记录冲击波到达样品与镀膜pmma窗口界面的信号时间差，可以计算出样品的声速。
27.烤燃试验过程包括如下步骤：在控温箱电源模块设置预期温度和升温速率，接通电路，通过加热器加热整个回收套筒，利用控温热电偶控制加热器(5-4)温升速率；利用固定在样品外壁的测温热电偶测定样品发生响应时的环境温度。
28.有益效果：
29.1、本发明提供了一种机械与热复合刺激下响应的试验装置，设计出适用于平板撞击实验的回收装置，避免样品发生二次损伤对其冲击损伤特性研究的影响，同时该装置便于回收后对其直接进行烤燃试验研究。
30.2、本发明提供了一种机械与热复合刺激下响应的试验装置，能够用于研究在机械和热复合刺激下的响应特性，本发明在平板撞击实验的基础上，设计了一种便于进行热刺激的回收装置，同时设计的液压弹簧回收装置能够有效避免pbx试样脱离前端后与后端盖碰撞产生二次损伤的影响。
31.3、本发明提供了一种机械与热复合刺激下响应的试验方法，现有研究主要考虑高温下的pbx冲击波感度以及热损伤对于烤燃特性的影响，本技术通过先进行机械刺激后进行热刺激的试验方式，对于研究在受到冲击后的力学变形-损伤响应对其烤燃特性响应的影响具有重要意义。
附图说明
32.图1为本发明平板撞击系统结构示意图；
33.图2为本发明烤燃系统结构示意图；
34.其中：1-1前后端盖、1-2回收套筒、2-1样品、2-2镀膜pmma窗口、2-3热电偶槽键、2-4pzt探针、3-1飞片、3-2加压弹簧、3-3限位钢圈、4-1visar系统、4-2pmma通孔、5-1控温箱、5-2控温热电偶、5-3保温层、5-4加热器、5-5测温热电偶。
具体实施方式
35.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
36.本发明提供了一种考虑机械与热复合刺激的试验装置，如图1和2所示，包括平板撞击试验系统及烤燃系统，平板撞击实验系统主要包括样品冲击系统、测试系统及回收系统。
37.样品冲击系统包括飞片、不同厚度可其他不同属性的样品和镀膜pmma窗口；飞片通过轻气炮加载用于撞击钢制前端盖；镀膜pmma窗口与样品背面粘结，形成激光发射面。
38.测试系统包括pzt探针和激光速度干涉测速visar系统；pzt探针用于测量冲击波到达样品界面的时间；visar系统用于测量样品与pmma窗口界面粒子速度历史。
39.回收系统包括钢制前后端盖、回收套筒、限位钢圈和加压弹簧；前后端盖内部加工内螺纹，有利于固定回收套筒，同时前后端盖加工成阶梯圆台状，有利于固定在炮室内，为限位装置提供受力点；限位钢圈用于避免加压弹簧与pmma窗口及后端盖直接接触“打滑”；加压弹簧用于卸载压力、吸收能量，防止样品发生二次损伤。
40.烤燃系统包括加热器、控温箱、保温层、控温热电偶和测温热电偶等。保层层主要用于隔热，防止发生散热；控温箱主要用于控制温度，用加热器给烤燃装置加热设定温升速率；控温热电偶用于控制加热器的温度，控制升温速率；测温热电偶用于测量温度，由于样品过小，将其布置在试样外壁处，与控温系统相连监测试样所处的实际环境温度随时间的变化情况。
41.如图1所示，样品冲击系统由飞片3-1、不同厚度的样品2-1和镀膜pmma窗口2-2组成；测试系统由pzt探针2-4、visar系统4-1和pmma通孔4-2组成；回收系统由钢制前端盖1-1、回收套筒1-2、后端盖1-3、限位钢圈3-3和加压弹簧3-2组成；前端盖1-1设置在水平基准台上，样品2-1固定在前端盖1-1中心处；前端盖1-1处设置热电偶键槽2-3，其内固定热电偶，热电偶粘在样品2-1边侧；镀膜pmma窗口2-2镀膜端面粘结在样品2-1上；样品2-1一旁固定pzt探针2-4，pzt探针2-4的位置靠近回收套筒1-2的中心位置；后端盖1-3内侧设置多个限位钢圈3-3，在限位钢圈3-3与镀膜pmma窗口2-2之间安装加压弹簧3-2，本发明实施例中设置四个加压弹簧3-2，实际实施时可以根据实际压力大小设置弹簧数量，并尽量使多个弹簧绕中心轴对称设置；将回收套筒1-2通过螺纹旋转固定在前端盖1-1和后端盖1-3之间；将整个试验装置安放在轻气炮靶室的法兰上；布置visar系统4-1，使激光束在镀膜pmma窗口2-2镀膜中心处反射。
42.如图2所示，烤燃系统由加热器5-4、控温箱5-1、保温层5-3、控温热电偶5-2和测温热电偶5-5组成；加热器5-4围绕回收套筒1-2设置，加热器5-4用于加热回收套筒1-2；控温热电偶5-2设置在加热器5-4上，用于控制加热器5-4温升速率；控温箱5-1具备电源模块，设置预期温度和升温速率，电源模块接通加热器5-4；测温热电偶5-5固定在样品外壁，用于测定样品发生响应时的环境温度；保温层5-3围绕在整个试验装置外围。
43.本发明的另外一个实施例还提供了一种考虑机械与热复合刺激的试验方法，利用上述一种考虑机械与热复合刺激的试验装置执行测量试验与烤燃试验；
44.测量试验包括如下步骤：
45.当试验装置所处环境的真空度达到一定标准《200pa，利用轻气炮驱动飞片3-1撞击试验装置。
46.pzt探针2-4测量冲击波到达样品2-1界面的时刻。
47.visar系统4-1测量样品与镀膜pmma窗口界面粒子速度历史；利用pzt探针2-4测量冲击波到达样品界面的信号与visar系统4-1记录冲击波到达样品与镀膜pmma窗口界面的信号时间差，可以计算出样品2-1的声速。
48.烤燃试验过程包括如下步骤：在控温箱5-1电源模块设置预期温度和升温速率，接通电路，通过加热器5-4加热整个回收套筒，利用控温热电偶5-2控制加热器5-4温升速率；利用固定在样品外壁的测温热电偶5-5测定样品发生响应时的环境温度。
49.综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种考虑机械与热复合刺激的试验装置，其特征在于，包括样品冲击系统、测试系统以及回收系统；所述样品冲击系统由飞片(3-1)、不同厚度的样品(2-1)和镀膜pmma窗口(2-2)组成；所述测试系统由pzt探针(2-4)、visar系统(4-1)和pmma通孔(4-2)组成；所述回收系统由钢制前端盖(1-1)、回收套筒(1-2)、后端盖(1-3)、限位钢圈(3-3)和加压弹簧(3-2)组成；所述前端盖(1-1)设置在水平基准台上，所述样品(2-1)固定在前端盖(1-1)中心处；前端盖(1-1)处设置热电偶键槽(2-3)，其内固定热电偶，热电偶粘在样品(2-1)边侧；所述镀膜pmma窗口(2-2)镀膜端面粘结在样品(2-1)上；所述样品(2-1)一旁固定pzt探针(2-4)，pzt探针(2-4)的位置靠近回收套筒(1-2)的中心位置；所述后端盖(1-3)内侧设置多个限位钢圈(3-3)，在限位钢圈(3-3)与镀膜pmma窗口(2-2)之间安装加压弹簧(3-2)；将回收套筒(1-2)通过螺纹旋转固定在前端盖(1-1)和后端盖(1-3)之间；将整个试验装置安放在轻气炮靶室的法兰上；布置visar系统(4-1)，使激光束在镀膜pmma窗口(2-2)镀膜中心处反射。2.如权利要求1所述的一种考虑机械与热复合刺激的试验装置，其特征在于，所述烤燃系统由加热器(5-4)、控温箱(5-1)、保温层(5-3)、控温热电偶(5-2)和测温热电偶(5-5)组成；所述加热器(5-4)围绕所述回收套筒(1-2)设置，所述加热器(5-4)用于加热所述回收套筒(1-2)；所述控温热电偶(5-2)设置在所述加热器(5-4)上，用于控制加热器(5-4)温升速率；所述控温箱(5-1)具备电源模块，设置预期温度和升温速率，电源模块接通所述加热器(5-4)；所述测温热电偶(5-5)固定在样品外壁，用于测定样品发生响应时的环境温度；所述保温层(5-3)围绕在整个试验装置外围。3.如权利要求1所述的一种考虑机械与热复合刺激的试验装置，其特征在于，所述加压弹簧(3-2)数量为4个。4.一种考虑机械与热复合刺激的试验方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述的一种考虑机械与热复合刺激的试验装置执行测量试验与烤燃试验；所述测量试验包括如下步骤：当所述试验装置所处环境的真空度达到一定标准<200pa，利用轻气炮驱动飞片(3-1)撞击试验装置；所述pzt探针(2-4)测量冲击波到达样品(2-1)界面的时刻；所述visar系统(4-1)测量样品与镀膜pmma窗口界面粒子速度历史；利用pzt探针(2-4)测量冲击波到达样品界面的信号与visar系统(4-1)记录冲击波到达样品与镀膜pmma窗口界面的信号时间差，可以计算出样品(2-1)的声速；所述烤燃试验过程包括如下步骤：在控温箱(5-1)电源模块设置预期温度和升温速率，接通电路，通过加热器(5-4)加热整个回收套筒，利用控温热电偶(5-2)控制加热器(5-4)温
升速率；利用固定在样品外壁的测温热电偶(5-5)测定样品发生响应时的环境温度。

技术总结

本发明公开了一种机械与热复合刺激下响应的试验装置及方法，能够用于平板撞击实验的回收，避免样品的二次损伤对其冲击损伤特性研究的影响。包括样品冲击系统、测试系统以及回收系统。样品冲击系统由飞片、样品和镀膜PMMA窗口组成。测试系统由PZT探针、VISAR系统和PMMA通孔组成。回收系统由钢制前端盖、回收套筒、后端盖、限位钢圈和加压弹簧组成。利用该装置执行测量与烤燃试验；测量试验是在一定真空度下，驱动飞片撞击试验装置。PZT探针测量冲击波到达样品界面的时刻。VISAR系统测量样品与镀膜PMMA窗口界面粒子速度历史；计算出样品的声速。烤燃试验是利用控温箱控制加热器加热整个回收套筒，利用测温热电偶测定受机械损伤样品响应时环境温度。样品响应时环境温度。样品响应时环境温度。