膜片及成形装置、冲击波强度测试器及测试方法

1.本发明涉及冲击波检测技术领域，具体涉及一种用于测试冲击波强度的膜片及其成形装置、冲击波强度测试器以及利用该膜片测试冲击波强度的方法。


背景技术：

2.炸药爆炸后对周围的破坏效应除了弹片毁伤外，主要体现在爆炸产生的冲击波对目标物的毁伤。为评价炸药爆炸对目标的毁伤效果，一种方法是研究炸药爆炸时冲击波强度的规律，即根据冲击波超压峰值随距离的衰减和某一点处冲击波超压随时间衰减的规律来评价爆炸强度；另外一种方法是直接研究作用目标在冲击载荷下的动力响应和破坏程度，即以模拟目标的毁伤程度来评价爆炸强度。
3.上述第一种方法一般是利用电测系统进行冲击波强度的监测，但是电测系统较为复杂，并且由于冲击波的毁伤作用可能会对电测系统造成一定的损坏，而电测系统中部分组件如压力传感器等价格昂贵，加之测点较多时，冲击检测工作的费用会进一步加大；上述第二种方法即模拟目标的测试又分两种：生物评价法和结构毁伤评价法，生物评价方法成本较高，且生物个体体质差异较大，并且需要对生物进行病理分析才能得出毁伤效果，而结构毁伤评价法中，模拟目标受爆炸作用后变形或破坏，往往不能重复使用，造成较大浪费。因此，选择一种造价合理的材料和结构来评价爆炸强度和毁伤效应十分必要。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种用于测试冲击波强度的膜片，通过该膜片的变形量可以简单方便地研究地面爆炸冲击波强度的分布规律。
5.该膜片具体采用以下技术方案：
6.一种膜片，所述膜片用于冲击波强度测试，所述膜片包括顶部、裙边以及侧部；
7.所述顶部为圆形平面，在受到冲击波冲击时能够发生延展变形；
8.所述裙边为环状，并与所述顶部平行；
9.所述侧部连接所述顶部与所述裙边，且所述侧部与所述裙边连接处为曲面。
10.进一步地，所述侧部与所述裙边连接处为s形曲面。
11.进一步地，所述膜片的材质为铝。
12.同时，本发明提供一种上述膜片的成形装置，该成形装置具体采用以下技术方案：
13.一种膜片成形装置，用于制备上述的任一种膜片；
14.所述成形装置包括冲头、模套以及底座；
15.所述冲头包括圆环底面以及位于所述圆环底面中部的第一圆柱；所述圆环底面与所述第一圆柱通过曲面连接；
16.所述模套设置有与所述冲头的圆环底面以及所述第一圆柱形状配合的凹腔，且所述凹腔的中部设置有通孔；
17.所述底座设置有支撑所述模套的支撑面以及设置于所述支撑面中部且与所述通
孔形状配合的第二圆柱，将膜片原料的受压变形限制在所述凹腔内。
18.而且，本发明还提供一种装配有上述任一种膜片的冲击波强度测试器，该冲击波强度测试器具体采用以下技术方案：
19.一种冲击波强度测试器，包括：膜片、基座与紧固件；
20.所述膜片为上述的任一种膜片；
21.所述基座设置有内腔，在所述内腔的顶部外周侧设置有与所述膜片的裙边、侧部形状配合的第一挤压面；
22.所述紧固件设置有通孔，且在所述紧固件的内壁设置有与所述第一挤压面形状配合的第二挤压面；
23.所述膜片的裙边与侧部夹设于所述第一挤压面与所述第二挤压面之间时，所述膜片的顶部盖设于所述内腔的开口，并通过所述紧固件的通孔与外界空气连通，所述膜片的顶部在受到冲击波冲击时，所述膜片的顶部能够向所述内腔的内部延展变形。
24.进一步地，所述内腔的外周侧还设置有外螺纹；
25.所述紧固件设置有与所述外螺纹形状配合的内螺纹；
26.所述基座与所述紧固件通过所述外螺纹与所述内螺纹的螺纹连接将所述膜片夹设在所述第一挤压面与第二挤压面之间。
27.进一步地，所述基座底部的外侧以及所述紧固件的外壁均设置有两个对称的平面，用于所述基座与所述紧固件螺纹连接时扳手咬合。
28.此外，本发明还提供一种利用上述任一种冲击波强度测试器测试冲击波强度的方法，该冲击波强度测试方法具体采用以下技术方案：
29.一种测试地面冲击波强度的方法，包括：
30.在爆点周侧的地面布设多个冲击波强度测试器；所述冲击波强度测试器为上述的任一种冲击波强度测试器；
31.引爆爆源；
32.量取冲击波强度测试器中膜片的顶部变形量；
33.根据所述膜片的顶部变形量确定对应冲击波强度测试器所在位置的地面冲击波强度。
34.进一步地，布设冲击波强度测试器的具体方式为：
35.若进行静态爆炸冲击波地面强度测试，则以爆点为中心，在不同直径的同心圆上布设冲击波强度测试器；
36.若进行动态爆炸冲击波地面强度测试，则在预估爆点周侧以井字形网格布设冲击波强度测试器。
37.进一步地，根据所述膜片变形量确定对应冲击波强度测试器所在位置的地面冲击波强度之前，对膜片顶部变形量与冲击波强度之间的关系进行标定。
38.有益效果：
39.(1)本发明提供的膜片包括顶部、裙边以及侧部，顶部为圆形平面，裙边为环状，并与顶部平行，侧部连接顶部与裙边，膜片整体呈“凸”形结构，尤其膜片带有裙边，视同增加了膜片外沿厚度，使该膜片能很好地被固定到相关器件中，即具有优良的固定性能。
40.(2)本发明提供的膜片侧部与裙边连接处为s形曲面，可以改变膜片的顶部受冲击
时其边沿的受力方向，同时，可以增大该膜片与固定装置的接触面积。
41.(3)本发明提供的膜片可以由延展性良好的铝材快速挤压而成，且制作成本低廉，能在冲击波强度测试时大量使用。
42.(4)本发明提供的膜片成形装置基本组成为冲头、模套与底座，结构简单紧凑，膜片制作时把模套放于底座上，然后把膜片原料放到模套的凹腔内，再放上冲头，使用加压设备给冲头加压到位后，取下冲头，拿下模套，从模套下面推出制作好的测试膜片，操作简单高效。
43.(5)本发明提供的冲击波强度测试器基本组成为基座、紧固件、膜片，该膜片的裙边相当于增加了膜片外沿的厚度，使该膜片的裙边与侧部能够稳定地被固定夹设在基座与紧固件之间，而且，膜片侧部与裙边连接处为s形曲面，可以改变膜片的顶部受冲击时其边沿的受力方向，解决了传统圆形膜片外沿简单挤压固定或者采用螺栓法兰盘固定时，在膜片受到较大冲击后，其固定外沿容易滑脱或局部滑移，从而较大地影响测试结果准确性的问题；
44.基座设置的内腔，使膜片的顶部受到冲击波冲击时，能向内腔延展变形，由于膜片的裙边与侧板都牢靠固定，这保证了膜片除需要延展变形的顶部不受约束外，其余部分的结构全部被牢固地固定；而且，该冲击波强度测试器被应用于冲击波强度测试时，膜片受到冲击波冲击后，基座与紧固件可以重复利用，而膜片也能够实现快速更换。
45.(6)本发明提供的地面冲击波强度测试方法，只需要在爆点的周侧布设大量的由基座、紧固件以及膜片组成的冲击波强度测试器，根据各膜片的变形量得到地面冲击波强度的分布情况，其中后续测试只需更换各冲击波强度测试器中的膜片即可，解决了传统的电测系统结构复杂、价格昂贵以及生物评价法与结构毁伤评价法不能重复使用的问题。
附图说明
46.图1为本发明实施例一提供的膜片的主视图；
47.图2为本发明实施例一提供的膜片的俯视图；
48.图3为本发明实施例二提供的膜片成形装置的结构示意图，(a)主视图，(b)剖视图；
49.图4为图3中模套的视图，(a)主视图，(b)俯视图，(c)剖视图；
50.图5为图3中底座的视图，(a)主视图，(b)俯视图，(c)剖视图；
51.图6为本发明实施例三提供的冲击波测试器的正视图；
52.图7为图6的剖视图；
53.图8为图6中紧固件的结构示意图，(a)主视图，(b)俯视图，(c)侧视图，(d)剖视图；
54.图9为本发明实施例四提供的静态冲击波强度测试方法的原理示意图；
55.图10为本发明实施例四提供的动态冲击波强度测试方法的原理示意图；
56.其中，1－膜片；101－顶部；102－裙边；103－侧部；2－膜片成形装置；201－冲头；202－模套；203－底座；204－圆环底面；205－第一圆柱；206－通孔；207－支撑面；208－第二圆柱；301－基座；302－紧固件；303－内腔；304－第一挤压面；305－第二挤压面；306－外螺纹；307－内螺纹；308－腰形凹坑。
具体实施方式
57.下面结合附图对本发明进行详细说明：
58.实施例一：
59.本实施例提供了一种可以用于测试冲击波强度的膜片。
60.如图1、图2所示，膜片1包括顶部101、裙边102以及侧部103，其中：顶部101为圆形平面，在受到冲击波冲击时可发生延展变形，裙边102为环状，并与顶部101平行，侧部103连接顶部101与裙边102，且侧部103与裙边102连接处为曲面。
61.膜片1整体为“凸”形结构，尤其膜片1带有裙边102，视同增加了膜片1外沿厚度，使膜片1能很好地被固定到相关器件中，即具有优良的固定性能。
62.更进一步，裙边102与侧部103连接处为s形曲面，如此，当膜片1的裙边102与侧部103被固定时，可以改变膜片1的顶部101受冲击时其边沿的受力方向，同时，可以增大膜片1与固定装置的接触面积。在本实施例中，膜片1为延展性较好的铝材料，制作成本低廉，能在冲击波强度测试时大量使用。更具体地，在本实施例中，铝制的膜片1的厚度为0.2－0.5mm。
63.实施例二：
64.在上述实施例一的基础上，本实施例提供一种膜片成形装置。
65.如图3～图5所示，膜片成形装置2包括均为钢材料的冲头201、模套202以及底座203，其中冲头201包括圆环底面204以及位于圆环底面204中部的第一圆柱205，圆环底面204与第一圆柱205通过曲面连接；模套202设置有与冲头201的圆环底面204以及第一圆柱205形状配合的凹腔，且凹腔的中部设置有通孔206；底座203设置有支撑模套202的支撑面207以及设置于支撑面207中部且与通孔206形状配合的第二圆柱208，如此，可以将膜片原料受压变形限制在凹腔内。
66.使用该膜片成形装置时先把模套202放在底座203上，然后在凹腔中放入延展性良好的膜片原料，最后通过加压设备使冲头201加压到位，冲压形成所需的膜片1后拿下模套202，从模套202下面推出制作好的膜片1，操作简单高效。
67.实施例三：
68.在上述实施例二的基础上，本实施例提供一种全部由金属材料制得的冲击波强度测试器。
69.如图6～图8所示，该冲击波强度测试器包括膜片1、基座301与紧固件302；其中基座301设置有与膜片1的顶部101直径大致相等的内腔303，在内腔303的顶部外周侧设置有与膜片1的裙边102、侧部103形状配合的第一挤压面304；紧固件302设置有与膜片1的顶部101直径大致相等的通孔；且在紧固件302的内壁设置有与第一挤压面304形状配合的第二挤压面305；膜片1的裙边102与侧部103夹设于第一挤压面304与第二挤压面305之间时，膜片1的顶部101盖设于内腔303的开口，并通过紧固件302的通孔与外界空气连通；膜片1的顶部101在受到冲击波冲击时，膜片1的顶部101能够向内腔303的内部延展变形。
70.在该冲击波强度测试器中，膜片1的s形曲面能够改变膜片1的顶部101受冲击时其边沿的受力方向，同时增大第一挤压面304与第二挤压面305对膜片1的裙边102、侧部103的挤压面积，这使得膜片1的裙边102与侧部103能够稳定地被固定夹设在基座301与紧固件302之间；另外，膜片1的裙边102相当于增加了膜片1外沿的厚度，从而进一步增强了其在基座301与紧固件302之间固定安装时的稳定性。
71.该冲击波强度测试器解决了传统圆形膜片外沿简单挤压固定或者采用螺栓法兰盘固定时，在圆形膜片受到较大冲击后，其固定外沿容易滑脱或局部滑移，从而较大地影响冲击波测试结果准确性的问题。另外，在该冲击波强度测试器中通过螺纹连接固定膜片1，且基座301设置有与膜片1的顶部101对应的内腔303，保证了膜片1除需要延展变形的顶部不受约束外，其余部分的结构全部被牢固地挤压固定；而且，该冲击波强度测试器被应用于冲击波强度测试时，膜片1受到冲击波冲击后，基座301与紧固件302均可以重复利用，而膜片1也能够实现快速更换。
72.更进一步，内腔303的外周侧还设置有外螺纹306；紧固件302设置有与外螺纹306形状配合的内螺纹307；基座301与紧固件302通过外螺纹306与内螺纹307的螺纹连接将膜片1的裙边102与侧部103夹设在第一挤压面304与第二挤压面305之间。
73.作为改进，基座301底部的外侧以及紧固件302的外壁均设置有两个对称的平面，用于基座301与紧固件302螺纹连接旋紧时扳手咬合用；而且，在基座301大致靠近下部的位置设置有腰形凹坑308，如此，可以减小基座301的重量并便于用手拿握。
74.实施例四：
75.在上述实施例三的基础上，本实施例提供一种测试地面冲击波强度的方法。
76.参照图9、图10，该方法的步骤包括：
77.在爆点周侧的地面布设多个冲击波强度测试器；
78.引爆爆源；
79.量取冲击波强度测试器中膜片1的顶部101的变形量；
80.根据膜1片的顶部101变形量确定对应冲击波强度测试器所在位置的地面冲击波强度。
81.如图9所示，若进行静态爆炸冲击波地面强度测试，则以爆点为中心，按照设定的测试距离间隔，将该测试器布设在不同直径的同心圆上；如图10所示，若进行动态爆炸冲击波地面强度测试，由于爆源落点(爆点)的不确定性，则在预估爆点周侧以井字形网格大范围布设冲击波强度测试器，即在每个网格的节点上布设该测试器，依据爆炸后实际爆点再测量各测试器相对爆点的距离，得到爆炸冲击波场，进而评价爆炸冲击波的威力和毁伤效应。
82.更具体地，由于爆炸产生的冲击波达到布设的测试器后，膜片1的顶部101在冲击波冲击作用下，会向内腔303的内部延展变形，其变形大小与冲击波强度相关，即变形的高度和形成的体积大小反映了冲击波压力和冲量指标，故在本实施例中，膜片1的顶部101的变形量采用的是膜片1冲击后其顶部101向内腔303延展变形的高度与形成的体积。
83.值得注意的是，根据膜片1的顶部101的变形量确定对应冲击波强度测试器所在位置的地面冲击波强度之前，需要对膜片1的顶部101的变形量与冲击波强度之间的关系进行标定。而且，为使测试结果更加准确，进行静态或动态爆炸冲击波地面强度测试时，应尽量使膜片1的顶部101与地面平齐。
84.可以看出，该地面冲击波强度测试方法，只需要在爆点的周侧布设大量的由基座301、紧固件302以及膜片1组成的冲击波强度测试器，根据各膜片1的顶部101的变形量得到地面冲击波强度的分布情况，其中后续测试只需更换各冲击波强度测试器中的膜片1即可，如此，解决了传统的电测系统结构复杂、价格昂贵以及生物评价法与结构毁伤评价法不能
重复使用的问题。
85.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。