压电传感器受爆炸瞬变温度影响的试验研究

为了研究压电式压力传感器在爆炸冲击波压力测试中受瞬变温度的影响,首先对瞬变温度对压电式压力传感器的影响因素进行了讨论,然后利用CY-YD-205型压电式压力传感器在爆炸试验坑中进行了冲击波压力测试,对该传感器采用无热防护措施、涂抹凡士林热防护和覆盖玻璃纤维布热防护3种措施同时进行对比试验.基于爆炸冲击波压力实测数据的分析,阐述了爆炸产生的热辐射对压电传感器的实际影响,并验证了传统热防护措施的有效性.     

PVDF传感器在爆炸近区超压测量中的应用研究

凝聚相炸药爆炸产生强冲击波、电磁脉冲和光热效应,爆炸近区测试环境非常复杂,常规压阻式硅压力传感器难于满足测试要求。为准确测量装药近区爆炸参数给工程防护结构的爆炸毁伤评估提供参考依据,基于PVDF压电薄膜制作压力传感器,采用分离式霍普金森压杆（SHPB）对自制传感器进行标定;进行TNT化爆试验对自制PVDF传感器测试效果进行考核,并提取试验结果与AutoDyn软件计算结果进行比较。对比表明,测量值与计算值偏差小于10%,爆炸近区超压的试验测量可采用防干扰处理后的PVDF压电传感器解决。     

水中爆炸实验装置结构设计与冲击波防护措施研究

建设相对条件固定的水中爆炸实验装置,为开展水中工程结构和装备进行抗爆性能实验研究提供了重要保证。本文设计和建设了具有多种功能的水中爆炸大型实验装置,该装置由爆炸水池、轻钢滑动提升装置、储气加压装置、筛网架、水中爆炸压力测试系统与测试室等组成。根据一维弹性平面波理论,对该装置爆炸水池结构设计的主要问题和抗爆隔震性能进行了分析,研究了纵波入射时水池结构内部不同介质应力波传播情况和破坏模式。并运用气泡帷幕防护技术,对降低水中爆炸冲击波防护措施可行性进行了初步试验研究和探讨,验证了该水中爆炸实验装置结构设计的合理性和降低水中冲击波防护措施的有效性。     

柱状炸药水下冲击波连续测量研究

通过自制的压导探针,对柱状装药水下爆炸过程进行连续测量,获得了柱状炸药的爆轰波和水下近场冲击波头的时间历程演化曲线。由此计算出柱状炸药的爆速、水的冲击波速度随时间的变化曲线;进一步由水的冲击雨果尼奥关系式和界面压力、速度连续方程,计算得到了炸药爆压、水下近场冲击波超压变化曲线。结果表明,水下爆炸近场的冲击波速度近似以指数形式衰减,最初阶段衰减很快,随时间推移,衰减越来越慢,最终水中冲击波速度趋于声速。近场冲击波超压的衰减形式与冲击波速度的衰减形式相似。     

空气冲击波在爆炸塔有限空间内传播规律研究

为了研究爆炸塔内乳化炸药爆炸冲击波的传播规律,利用冲击波传感器对不同药量和不同距离条件下冲击波超压进行了测试。结果表明:空爆冲击波超压随着爆心距的增加而减小但并不是呈线性递减,并且随着药量的增大而增大;反射波平均超压约为入射波的1.2倍。通过比较实验测试值与传统的理论经验公式计算值,发现入射冲击波超压相对误差在5%～40%,主要因为乳化炸药的TNT当量系数选择偏小;而反射冲击波超压相对误差在50%～133%,其原因为传统的反射超压计算公式主要针对刚性壁面,但爆炸塔内地表和墙壁铺设的为多孔隙材料,具有一定的吸能作用,且雷管碎片及爆炸产物飞出影响爆炸塔内流场。最后,基于实验测试结果及爆炸相似律原理回归拟合出适用于爆炸塔的冲击波超压计算公式,经过拟合修正后平均相对误差约在12%左右。     

柱状炸药水下冲击波连续测量研究

通过自制的压导探针,对柱状装药水下爆炸过程进行连续测量,获得了柱状炸药的爆轰波和水下近场冲击波头的时间历程演化曲线。由此计算出柱状炸药的爆速、水的冲击波速度随时间的变化曲线;进一步由水的冲击雨果尼奥关系式和界面压力、速度连续方程,计算得到了炸药爆压、水下近场冲击波超压变化曲线。结果表明,水下爆炸近场的冲击波速度近似以指数形式衰减,最初阶段衰减很快,随时间推移,衰减越来越慢,最终水中冲击波速度趋于声速。近场冲击波超压的衰减形式与冲击波速度的衰减形式相似。     

封闭空间内爆炸冲击波超压计算模型及分布特性研究

建立了封闭空间内爆炸的冲击波超压计算模型,将冲击波在不同壁面的反射冲击波等效为不同位置镜像爆源产生的入射冲击波,密闭空间内冲击波传播和作用过程等效为爆源与镜像爆源形成冲击波相互叠加的过程,基于LAMB规则,将所有爆源和镜像爆源的冲击波叠加,从而得到封闭空间内任意位置处的超压,并进行了结构内爆炸试验。研究结果表明,装药在封闭空间内爆炸超压呈现多峰性,典型位置处的计算超压时程曲线与试验超压时程曲线符合较好,峰值超压的计算误差小于10.78%,所建模型正确,能够用于内爆炸载荷的快速计算。     

利用冲击波速度间接测试超压值的可行性研究

在对现有冲击波超压测试方法和特点分析的基础上,为进一步准确测定弹药爆炸时产生的冲击波超压和冲量,提出了一种可行的间接测量冲击波超压的方法,即在求得冲击波速度的基础上,利用兰金一雨贡纽方程(Rankine-Hugoniot)求解冲击波超压,用该试验方法求得的超压值与压力传感器直接测量的超压值进行比对.由此来证明用冲击波速度测试超压这种试验方法的理论可行性.     

爆炸场中三波点对冲击波压力测试的影响研究

在爆炸场冲击波测试中,传感器的安装位置相对于三波点的位置关系会直接影响冲击波超压的测试.采用AUTODYN对实测爆炸场环境建立1∶1数值仿真模型,对10 kg TNT当量下的爆炸冲击波数据进行获取,并利用实测数据与仿真数据进行对比分析.结果表明:爆炸冲击波三波点位置随爆心距离的增加逐渐升高,传感器安装位置位于三波点以上时,能测到冲击波的入射波压力和反射波压力,传感器安装位置位于三波点以下时,会测到一个峰值,此时测得的冲击波压力为马赫杆的压力,该压力大于入射冲击波压力.因此,在自由场压力工程测量中,传感器的安装位置要随着三波点位置的升高逐渐升高.     

装药量对温压炸药爆炸毁伤威力的影响

为了获得温压炸药装药量对近地空中爆炸的能量输出结构的影响规律,开展了质量为0.5、1.0、2.0 kg的温压炸药近地空爆试验,并使用压力传感器、高速摄像机、红外热成像仪记录了爆炸冲击波和爆炸火球参数。使用TNT超压经验公式对0.5、1.0、2.0 kg装药的空中入射冲击波、地面冲击波的超压峰值进行拟合,建立了冲击波超压峰值衰减规律方程。根据高速摄像机和红外热成像仪的测试结果,建立了基于装药量的爆炸火球直径、火球持续时间和火球温度最高时刻热通量的拟合方程。对比0.5、1.0、2.0 kg装药的爆炸火球图像和温度曲线可以看出：随着装药量的增加,爆炸火球的最高温度、火球尺寸(直径×高度)以及持续时间均有一定的增加,高温区域在火球面积中的占比也有所提升。     

近爆作用下钢筋混凝土π梁防护性能的数值模拟

为研究钢筋混凝土π截面梁在近场爆炸荷载作用下的防护方法,采用ANSYS/LS-DYNA建立π梁爆炸数值模型,结合现场爆炸试验结果,对π梁在爆炸荷载作用下的破坏形态进行对比分析,验证数值模型的准确性.通过π梁在近爆荷载下采用不同防护层进行模拟分析,对π梁在不同防护工况下冲击波超压峰值分布规律、结构耗能规律、防护后π梁的破...     

UHM WPE-PUF复合材料结构设计与隔爆实验

采用层状复合工艺,制备了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)-聚氨酯泡沫材料(PUF)复合材料;设计了复合材料隔爆实验,运用定制的聚偏氟乙烯(PVDF)压电传感器,直接测量了隔爆实验中材料内部冲击波压力,研究了UHMWPE-PUF复合材料对爆炸冲击波的衰减性能。研究表明,所制备的UHMWPE-PUF复合材料隔爆能力与同厚度的纯聚氨酯材料相比提高了近50%。将UHMWPE材料与PUF材料进行复合,可以充分发挥UHMWPE材料的高强、高模以及PUF材料较高的吸能特点,同时又弥补了PUF材料强度低的缺陷,且材料对爆炸冲击波的衰减性能得到极大提升,在爆炸防护领域有着很好的应用前景。     

自由场传感器外形结构对冲击波测试的影响研究

对目前常用的笔式、杆式、盘式自由场冲击波传感器进行了激波管动态校准,借助matlab语言建立了不同外形结构的系统函数,仿真分析了外形结构对冲击波测试的影响。 激波管校准和仿真结果在爆炸源和传感器在同一高度的冲击波超压测试试验中得到了验证。得出如下结论：杆式传感器所测超压值过冲量最大,超压曲线形状有些失真,正压作用时间偏小;盘式结构所测的超压峰值和正压作用时间误差最小。通过传感器高于爆高的试验发现：当激波从传感器的斜下方传播到传感器时：笔式结构与掠入射时相比变化最小,且所测冲击波超压峰值比真值大;杆式结构变化最大;盘式结构与真值的误差最大。最后给出了在现场测试试验中选用传感器安装结构的一些建议。     

爆炸冲击波超压测试系统开发

为了准确测试炸药在空气中爆炸和地下巷道爆破产生的冲击波传播规律,开发了基于虚拟仪器技术的爆炸冲击波测试系统.传感器采用瑞士Kistler公司的211M0160压电石英低阻型压力传感器,信号调理采用瑞士Kistler公司的5134B型信调仪,采集系统采用NI公司USB-6356高速同步数据采集卡,供电系统采用蓄电池通过逆变器转化为220 V交流电源供电,构建了野外爆炸冲击波测试系统,基于Lab VIEW8.5编写了爆炸冲击波超压测试软件.测试了以0.5 kg TNT为主的起爆具炸药在空中爆炸冲击波传播规律,通过试验验证了组建的冲击波爆炸测试系统能够满足炸药爆炸冲击波测试的测试要求,为研究炸药空中爆炸、巷道爆炸、巷道爆破冲击波提供了仪器设备.     

压电式压力传感器动态特性补偿技术研究

针对近爆区冲击波压力测试中压电式压力传感器因动态特性不佳造成信号畸变之问题,通过激波管动态校准试验,分析传感器动态特性;对造成动态测试误差的主要因素,利用动态补偿技术设计数字补偿滤波器,对传感器爆炸信号进行补偿处理。结果表明,该方法能有效减小动态测试误差、提高近爆区冲击波压力测试精度。     

爆炸桶中冲击波超压测试方法研究

为准确测试含能破片在密闭容器中的爆炸冲击波超压,设计一种高效的压力测试方法。该方法采用粘土、硬橡胶垫、钢垫片来避免压力传感器与爆炸桶桶壁的硬接触,基本消除传统测试方法带来的桶壁振动噪声干扰。通过靶场实测结果表明:改进后的传感器测试结构可有效隔离振动噪声,大大减弱桶壁振动对传感器压力测试的影响,获得爆炸桶内壁上有效的含能破片冲击波超压压力数据,满足测试要求。     

防护条件下爆破冲击波衰减规律研究

在广州天河城西塔楼爆破之前,对近在10 m的玻璃幕墙安全性问题进行了论证.在目前还没有准确可行的计算爆破冲击波方法的条件下,从爆破冲击波对附近目标物的破坏机理入手,在室内对爆炸冲击压力进行了测试,模拟了在防护条件下爆破冲击波的衰减变化情况,并与在无防护条件下爆破冲击波衰减变化进行了同步对比,得到了在防护条件下爆破冲击波的衰减规律,指出近体防护材料的强度只要能够高出爆破冲击波的最大峰值,就能够有效地保护防护对象,这一结论在广州天河城西塔楼爆破拆除防护实践中得到了验证.     

燃料空气炸药爆炸压力场测试系统误差分析

结合燃料空气炸药武器野外爆炸试验的实际情况,运用误差理论,分析了自由场冲击波压力测试系统的误差传递规律,得到了冲击波超压的相对误差计算式。研究表明,用算术平均偏差估算FAE武器爆炸状态场冲击波侧向超压的测量误差比用标准差更切合实际。     

高含铝炸药爆炸过程中的能量分析

在野外静爆实验中,利用高分辨率、高精度冲击波超压系统分别测试了高含铝炸药和TNT的爆炸场冲击波超压,根据试验数据,计算该含铝炸药的爆炸场冲击波超压的TNT当量,利用TNT当量评价该高含铝炸药的威力,用能量反演方法分析该含铝炸药中可燃组分的反应程度和可能的反应模式,计算可得该含铝炸药爆炸反应释放能量的有效利用率为65.41％,为高含铝炸药配方优化设计提供新的研究方法.     

爆炸冲击波信号处理方法比较

空中爆炸冲击波的实测信号中,常有幅值很大的瞬时干扰信号,冲击波超压峰值的获取往往需要采用后期信号处理的方法。针对模爆器产生的爆炸冲击波超压的特点,采用"经验拟合"和"数字滤波"2种不同的处理方法进行信号的消噪处理,通过对试验测试结果的比较研究,肯定了传统的经验公式拟合方法在爆炸冲击波信号处理中的适用性。