一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置

摘要

本发明公开了一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置，包括透射杆、盖板、防爆盒、炸药样品、入射杆、杆套、固定框、杆套密封圈、杆密封圈、缓冲装置、盖板密封垫、窗口盖板、抽气管，所述防爆盒为盒体，盒体由前后左右4个侧面和1个底面组成，盒体上端为开口并在开口处带有一圈外法兰，防爆盒的前后两个侧面上各带有一个中心长方形开口，防爆盒的左右两个侧面上各带有一个中心圆形开口；防爆盒的左右两个侧面的圆形开口中各安装有一个杆套，左边杆套的圆形通孔中安装有透射杆，右边杆套的圆形通孔中安装有入射杆。本发明能够防止炸药材料爆炸后产生的冲击波对防爆装置造成的损坏，还能够阻碍输入杆反向运动，进而对试验系统进行防护。

权利要求

1.一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置，包括透射杆(1)、内六角螺钉(3、8)、盖板(4)、防爆盒(5)、炸药样品(6)、入射杆(11)，其特征在于，还包括杆套(2)、固定框(7)、杆套密封圈(9)、杆密封圈(10)、缓冲装置(12)、盖板密封垫(13)、窗口盖板(14)、抽气管(15)；

所述防爆盒(5)为盒体，盒体由前后左右4个侧面和1个底面组成，盒体上端为开口并在开口处带有一圈外法兰(5-1)，防爆盒(5)的前后两个侧面上各带有一个中心长方形开口(5-3)，防爆盒(5)的左右两个侧面上各带有一个中心圆形开口(5-4)；

防爆盒(5)中放置有缓冲装置(12)，缓冲装置(12)为带有中心圆形通孔的长方形板，缓冲装置(12)通过中心圆形通孔与入射杆(11)连接；防爆盒(5)的法兰(5-1)的上端面通过内六角螺钉(3)与盖板(4)连接，盖板(4)为正方形板，在正方形的4个角各有一个圆形通孔，盖板(4)与防爆盒(5)的法兰(5-1)之间安装盖板密封垫(13)，盖板密封垫(13)为带有中心正方形开口的正方形板；

防爆盒(5)的前后两个侧面均通过内六角螺钉(8)与固定框(7)连接，固定框(7)为带有中心长方形凹槽(7-3)的长方形板，固定框(7)的长方形4个角各有一个圆形通孔，在长方形凹槽(7-3)的底面上带有长方形开口(7-2)，长方形凹槽(7-3)中装有窗口盖板(14)，窗口盖板(14)为长方形板，窗口盖板(14)与防爆盒(5)紧密接触；防爆盒(5)的前侧面的右下角连接有抽气管(15)，抽气管(15)为圆筒体；防爆盒(5)的左右两个侧面的圆形开口(5-4)中各安装有一个杆套(2)，杆套(2)为带有中心圆形通孔(2-3)的圆板，沿其周向带有环形凹槽(2-1)，环形凹槽(2-1)中安装有杆套密封圈(9)，沿着圆形通孔的边缘带有一圈环形凸台(2-4)，环形凸台(2-4)与环形凹槽(2-1)在杆套(2)的同一侧，环形凸台(2-4)与圆形开口(5-4)间隙配合，杆套(2)的这一侧面与防爆盒(5)的侧面紧密接触，圆形通孔(2-3)的圆柱面上带有环形凹槽(2-2)，环形凹槽(2-2)中安装有杆密封圈(10)，左右两个杆套(2)的圆形通孔(2-3)共轴线，左边杆套(2)的圆形通孔(2-3)中安装有透射杆(1)，右边杆套(2)的圆形通孔(2-3)中安装有入射杆(11)；

透射杆(1)与入射杆(11)为直径相等的细长圆柱体，透射杆(1)与入射杆(11)共轴线；

炸药样品(6)为圆柱体，两个端面分别与透射杆(1)与入射杆(11)紧密接触。

2.如权利要求1所述一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置，其特征在于，所述防爆盒(5)前后侧面的长方形开口(5-3)与固定框(7)的长方形开口(7-2)尺寸相等，固定框(7)的长方形开口(7-2)与防爆盒(5)的长方形开口(5-3)位置重合，前后侧面的两个长方形开口(5-3)尺寸相同，而且关于透射杆(1)轴线所在竖直面对称。

3.如权利要求1所述一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置，其特征在于，所述缓冲装置(12)的长方形板的右侧面与防爆盒(5)的右侧面接触，上端面与盖板(4)接触，下端面与防爆盒(5)的底面接触。

4.如权利要求1所述一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置，其特征在于，所述炸药样品(6)的长径比为1:1～2，炸药样品(6)的与入射杆(11)的直径比为1:1～2，且与入射杆(11)共轴线。

说明书

一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置

技术领域

[0001] 本发明属于火炸药实验室试验装置技术领域，涉及一种真空防爆装置，特别涉及一种适用于霍普金森杆试验的真空防爆装置。

背景技术

[0002] 炸药在生产、加工、运输、储存中要经受振动、冲击；在穿甲、钻地等攻击武器中使用时，要承受加载速率较高的动态载荷作用；在事故条件下，要经受跌落、撞击、弹丸或碎片的冲击载荷作用等。在这些过程中，炸药的响应首先表现为动力学响应,进而影响其起爆性质和爆轰性能。为了提高炸药在不同条件下的安全性，需要研究炸药在高应变率动态加载下的动态力学性能。

[0003] 霍普金森杆可实测材料在102～104应变率范围的应力－应变曲线,是研究材料动态力学性能最基本的实验方法之一。由于含能材料的特殊性，其在冲击作用下可能发生燃烧甚至爆炸，从而可能损坏霍普金森杆试验系统及相关测试装置，甚至对试验人员造成伤害，实验中需要进行必要的防护。文献“一种含铝炸药压缩力学性能和本构关系研究”(含能材料，2007年10月，第15卷第5期460页)中报道了一种钢制防护盒，该装置主要用于防止试验意外爆炸对人员及仪器造成伤害，但存在以下两点不足：第一，在密闭空间中，炸药爆炸后产生的冲击波经过多次反射，其破坏威力增强，容易造成防护盒的破坏；第二，炸药爆炸后产生的冲击波会对导杆产生冲击作用，容易破坏试验系统。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置，真空环境使得炸药爆炸后产生的冲击波压力大大降低，进而减弱了对防爆装置的冲击和对输入杆的反向冲击，保护了试验系统。

[0005] 本发明提供的一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置，包括透射杆(1)、内六角螺钉(3、8)、盖板(4)、防爆盒(5)、炸药样品(6)、入射杆(11)，其特征在于，还包括杆套(2)、固定框(7)、杆套密封圈(9)、杆密封圈(10)、缓冲装置(12)、盖板密封垫(13)、窗口盖板(14)、抽气管(15)，所述防爆盒(5)为盒体，盒体由前后左右4个侧面和1个底面组成，盒体上端为开口并在开口处带有一圈外法兰(5-1)，防爆盒(5)的前后两个侧面上各带有一个中心长方形开口(5-3)，防爆盒(5)的左右两个侧面上各带有一个中心圆形开口(5-4)；防爆盒(5)中放置有缓冲装置(12)，缓冲装置(12)为带有中心圆形通孔的长方形板，缓冲装置(12)通过中心圆形通孔与入射杆(11)连接；防爆盒(5)的法兰(5-1)的上端面通过内六角螺钉(3)与盖板(4)连接，盖板(4)为正方形板，在正方形的4个角各有一个圆形通孔，盖板(4)与防爆盒(5)的法兰(5-1)之间安装盖板密封垫(13)，盖板密封垫(13)为带有中心正方形开口的正方形板；防爆盒(5)的前后两个侧面均通过内六角螺钉(8)与固定框(7)连接，固定框(7)为带有中心长方形凹槽(7-3)的长方形板，固定框(7)的长方形4个角各有一个圆形通孔，在长方形凹槽(7-3)的底面上加工有长方形开口(7-2)，长方形凹槽(7-3)中装有窗口盖板(14)，窗口盖板(14)为长方形板，窗口盖板(14)与防爆盒(5)紧密接触；防爆盒(5)的前侧面的右下角连接有抽气管(15)，抽气管(15)为圆筒体；防爆盒(5)的左右两个侧面的圆形开口(5-4)中各安装有一个杆套(2)，杆套(2)为带有中心圆形通孔(2-3)的圆板，沿其周向加工有环形凹槽(2-1)，环形凹槽(2-1)中安装有杆套密封圈(9)，沿着圆形通孔的边缘带有一圈环形凸台(2-4)，环形凸台(2-4)与环形凹槽(2-1)在杆套(2)的同一侧，环形凸台(2-4)与圆形开口(5-4)间隙配合，杆套(2)的这一侧面与防爆盒(5)的侧面紧密接触，圆形通孔(2-3)的圆柱面上加工有环形凹槽(2-2)，环形凹槽(2-2)中安装有杆密封圈(10)，左右两个杆套(2)的圆形通孔(2-3)共轴线，左边杆套(2)的圆形通孔(2-3)中安装有透射杆(1)，右边杆套(2)的圆形通孔(2-3)中安装有入射杆(11)；透射杆(1)与入射杆(11)为直径相等的细长圆柱体，透射杆(1)与入射杆(11)共轴线；炸药样品(6)为圆柱体，两个端面分别与透射杆(1)与入射杆(11)紧密接触。

[0006] 所述防爆盒(5)前后侧面的长方形开口(5-3)与固定框(7)的长方形开口(7-2)尺寸相等，固定框(7)的长方形开口(7-2)与防爆盒(5)的长方形开口(5-3)位置重合，前后侧面的两个长方形开口(5-3)尺寸相同，而且关于透射杆(1)轴线所在竖直面对称。所述缓冲装置(12)的长方形板的右侧面与防爆盒(5)的右侧面接触，上端面与盖板(4)接触，下端面与防爆盒(5)的底面接触。所述炸药样品(6)的长径比为1:1～2，炸药样品(6)的与入射杆(11)的直径比为1:1～2，且与入射杆(11)共轴线。

[0007] 本发明的一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置，带来的技术效果体现在以下几个方面：

[0008] (1)试验前对密闭的防爆装置进行抽真空，高能炸药在真空环境中爆炸后，冲击波压力大大降低，进而减弱了对防爆装置造成的破坏。

[0009] (2)在输入杆上粘结有缓冲装置，缓冲装置不会对输入杆的正常工作造成影响，却会阻挡输入杆的反向运动，降低输入杆反向运动的速度，防止了由于输入杆高速反向运动造成的试验系统损坏。

附图说明

[0010] 图1是本发明的一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置结构示意图。

[0011] 图2是本发明中杆套的结构示意图。

[0012] 图3是本发明中防爆盒的结构示意图。

[0013] 图4是本发明中固定框的结构示意图。

[0014] 图5是本发明中盖板密封垫的结构示意图。

[0015] 图中的标号分别表示：1、透射杆，2、杆套，3、内六角螺钉，4、盖板，5、防爆盒，6、炸药样品，7、固定框，8、内六角螺钉，9、杆套密封圈，10、杆密封圈，11、入射杆，12、缓冲装置，13、盖板密封垫，14、窗口盖板，15抽气管，2-1、环形凹槽，2-2、环形凹槽，2-3、圆形通孔，2-
4、环形凸台，5-1、法兰，5-2、螺纹孔，5-3、长方形开口，5-4、圆形开口，5-5、螺纹孔，7-1、圆形通孔，7-2、长方形开口，7-3长方形凹槽。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，需要说明的是本发明不局限于以下具体实施例，凡在本发明技术方案基础上进行的同等变换均在本发明的保护范围内。

[0017] 如图1-图5所示，本实施例给出一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置，包括透射杆1、内六角螺钉3、内六角螺钉8、盖板4、防爆盒5、炸药样品6、入射杆11，其特征在于，还包括杆套2、固定框7、杆套密封圈9、杆密封圈10、缓冲装置12、盖板密封垫13、窗口盖板14、抽气管15，所述防爆盒5为钢制盒体，盒体由前后左右4个长方形钢板为侧面和1个钢板为底面焊接而成，盒体上端为开口并在开口处焊接有一圈外法兰5-1，外法兰5-1为带有中心正方形开口的正方形钢板，法兰5-1的正方形开口与防爆盒5侧面的上边沿的正方形对接并焊接一周，防爆盒5的前后两个侧面上各加工有一个中心长方形开口5-3，两个长方形开口5-3大小相等，前侧面的长方形开口5-3在后侧面的投影与后侧面的长方形开口5-3重合，防爆盒5的左右两个侧面上各加工有一个中心圆形开口5-4，两个圆形开口5-4大小相等，左侧面的圆形开口5-4在右侧面的投影与右侧面的圆形开口5-4重合；防爆盒5中放置有缓冲装置12，缓冲装置12为带有中心圆形通孔的泡沫制长方形板，入射杆11插入缓冲装置12的中心圆形通孔并装配完毕后，在圆形通孔周围涂胶水，将入射杆11与缓冲装置12粘结紧固；防爆盒5的法兰5-1的上端面的4个角处各打一个螺纹孔5-5，盖板4为钢制正方形板，在正方形的4个角各加工有一个圆形通孔，防爆盒5的法兰5-1的上端面上放置盖板密封垫13，盖板密封垫13为带有中心正方形开口的正方形橡胶板，厚度为2mm，然后再将盖板4放置于盖板密封垫13之上，通过内六角螺钉3将盖板4固定在防爆盒5的法兰5-1上，使得盖板密封垫13的橡胶板挤压百分之30左右的变形量，以确保盒体上端的密封性；在防爆盒5的前后两个侧面邻近长方形开口5-3的4个角处各加工有一个螺纹孔5-2，固定框7为带有中心长方形凹槽7-3的钢制长方形板，固定框7的长方形4个角各加工有一个圆形通孔，在长方形凹槽7-3的底面上加工有长方形开口7-2，窗口盖板14为玻璃钢制长方形板，窗口盖板14为透明体，将窗口盖板14安装在固定框7的长方形凹槽7-3中后，再将固定框7盖在防爆盒5的前后两个侧面上，通过内六角螺钉8将固定框7与防爆盒5连接，使得窗口盖板14与防爆盒5紧密接触；防爆盒5的前侧面的右下角焊接有一个抽气管15，抽气管15为钢制圆筒体，筒体轴线与防爆盒5的前侧面垂直，防爆盒5内部的空气可以通过抽气管15流向防爆盒5外部；防爆盒5的左右两个侧面的圆形开口5-4中各安装有一个杆套2，杆套2为带有中心圆形通孔2-3的钢制圆板，沿其周向加工有环形凹槽2-1，环形凹槽2-1中安装有杆套密封圈9，沿着圆形通孔的边缘带有一圈环形凸台2-4，环形凸台2-4与环形凹槽2-1在杆套2的同一侧，环形凸台2-4的外壁与防爆盒5的圆形开口5-4的内壁H10/g9间隙配合，杆套2的这一侧面与防爆盒
5的侧面紧密接触，杆套2的圆形通孔2-3的轴线与防爆盒5的侧面垂直，圆形通孔2-3的圆柱面上加工有环形凹槽2-2，环形凹槽2-2中安装有杆密封圈10，左右两个杆套2的圆形通孔2-
3共轴线，左边杆套2的圆形通孔2-3中安装有透射杆1，右边杆套2的圆形通孔2-3中安装有入射杆11，左右两个杆套2的圆形通孔2-3内壁分别与透射杆1和入射杆11的外壁H9/g8间隙配合；透射杆1与入射杆11为直径相等的细长圆柱体，材料为2A12铝，透射杆1与入射杆11共轴线；炸药样品6为圆柱体，在圆柱体的两个端面上涂有润滑油，再将炸药样品6夹在透射杆
1与入射杆11中间，使得样品6的两个端面分别与透射杆1与入射杆11紧密接触。

[0018] 本实施例中，缓冲装置12的长方形板的右侧面与防爆盒5的右侧面内壁接触，缓冲装置12的上端与盖板4接触，下端与防爆盒5的底面接触。

[0019] 所述防爆盒5前后侧面的长方形开口5-3与固定框7的长方形开口7-2尺寸相等，长方形开口7-2在防爆盒5侧面上的投影与长方形开口5-3重合。

[0020] 所述窗口盖板14的厚度比固定框7的长方形凹槽7-3的深度大1mm，窗口盖板14装入长方形凹槽7-3后，沿着窗口盖板14的矩形边沿涂上一圈室温硫化硅橡胶，然后将固定框7盖在防爆盒5的侧面上，确保窗口盖板14与防爆盒5的接触面上均匀涂有室温硫化硅橡胶，然后将内六角螺钉8的螺纹上涂上室温硫化硅橡胶，然后将固定框7固定在防爆盒5的侧面上，待冷却24小时候，确保防爆盒5前后侧面的密封性。

[0021] 所述杆套密封圈9和杆密封圈10均为截面为圆形的圆环，材料为橡胶，左右两个杆套2的环形凹槽2-2中装入杆密封圈10后，在圆形通孔2-3中分别装有透射杆1和入射杆11，两个杆密封圈10的圆环的内侧分别与透射杆1和入射杆11紧密接触，两个杆密封圈10的圆环的外侧与杆套2的环形凹槽2-2紧密接触，杆密封圈10发生百分之30左右的压缩变形量，确保杆套2与透射杆1和入射杆11装配后的密封性，在左右两个杆套2的环形凹槽2-1中装入杆套密封圈9后，将杆套2的环形凸台2-4装入防爆盒5的左右侧壁的圆形开口5-4中，确保杆套密封圈9同时与杆套2的环形凹槽2-1和防爆盒5的侧壁紧密接触，在防爆盒5抽真空时，由于杆套2的内外存在压力差，导致杆套2紧贴在防爆盒5的侧壁上，使得杆套密封圈9发生百分之30左右的压缩变形量，确保防爆盒5在侧壁的圆形开口5-4处与杆套2连接的密封性。

[0022] 所述炸药样品6的长径比为1:2，炸药样品6的与入射杆11的直径比为1:2，且与入射杆11共轴线，炸药样品6在防爆盒5前侧面的投影在前侧面矩形的中心处。

[0023] 所述的一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置装配完毕后，在炸药样品6轴线所在水平面放置一台高速摄影仪，高速摄影仪的窗口正对窗口盖板14。

[0024] 本发明的使用方法及工作原理如下：一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置装配完毕后，确保防护盒5的上端和前后左右4个侧面都具有良好的密封性，将真空泵的接口套在抽气管15上，并对防护盒5内部空间进行抽真空，抽真空完毕后关闭真空泵的接口的阀门，使得防护盒5内部保持一个真空环境，再关闭真空泵开关。确保高速摄影正常工作，然后进行霍普金森杆试验，应力波在入射杆11中传播过程中，由于与其接触的杆密封圈10和缓冲装置12均为软材料，弹性模量与入射杆11差异很大，因此，对入射杆11中应力波传播造成的影响很小，应力波通过入射杆11对炸药样品6进行加载，高速摄影仪可以透过透明的窗口盖板14对炸药样品6的加载过程进行拍摄。当炸药样品6在加载过程中发生爆炸时，产生的冲击波在真空环境中无法传播，因此，不会对防爆装置产生损坏，炸药样品6的爆炸压力使得入射杆11以一个很高的速度反向运动，缓冲装置12粘结在入射杆11上，与入射杆11共同发生运动，入射杆11正向运动时，缓冲装置12不会对入射杆11的运动造成影响，入射杆11反向运动时，缓冲装置12会撞击在防护盒5的右侧壁上，防护盒5阻挡了缓冲装置12的运动，进而阻挡了入射杆11的反向运动，大幅度降低了入射杆11反向运动的速度，对试验系统进行防护。另外，炸药样品6爆炸以后引起入射杆11的强烈震荡，缓冲装置12的上端与盖板4接触，下端与防爆盒5的底面接触，防爆盒会阻挡缓冲装置的上下运动，而缓冲装置12会有效阻挡入射杆11的震荡，防止了入射杆11由于强烈震荡导致的杆的弯曲变形，防止了由于杆变形导致的霍普金森杆试验测试结果的误差。

[0025] 本发明的一种用于炸药材料霍普金森杆试验的真空防爆装置，能够有效防止炸药材料爆炸后产生的冲击波对防爆装置造成的损坏，还能够阻碍输入杆反向运动，进而对试验系统进行防护。