冲击加载实验装置

摘要

本发明提供一种冲击加载实验装置，其包括：气罐，其内腔从下到上依次分隔为第一气体室、第二气体室和第三气体室，第一气体室，用于装载气压为P1的高压气体，所述第一气体室设有排气口，第二气体室，用于装载气压为P2的高压气体，其中P1≥P2，所述第三气体室，用于装载待喷发的高压气体，并设有喷气口；活塞组件，包括：活塞、活塞杆和活塞头；加载平台，其包括透明面板，所述透明面板与所述气罐开设有所述喷气孔的顶面相互平行间隔设置，透明面板和气罐之间的间距不超过10mm。本发明采用准二维结构的装药方式，对待抛散物质进行持续的径向冲击加载，能够观察到颗粒抛散的整个运动过程。

权利要求

1.一种冲击加载实验装置，其特征在于，包括：

气罐，所述气罐的内腔从下到上依次分隔为第一气体室、第二气体室和第三气体室，所述第一气体室用于装载气压为P1的高压气体，所述第一气体室设有排气口，所述第二气体室用于装载气压为P2的高压气体，其中P1≥P2，所述第三气体室用于装载待喷发的高压气体，所述第三气体室设有喷气口；

活塞组件，包括：活塞、活塞杆和活塞头，所述活塞滑动收容于所述气罐的内腔中，并分隔所述第一气体室和第二气体室，所述活塞头用于封住喷气口，所述活塞杆贯穿所述第二气体室和第三气体室，且所述活塞杆的一端连接所述活塞，另一端连接所述活塞头；

加载平台，包括透明面板，所述透明面板与所述气罐开设有所述喷气口的顶面相互平行间隔设置，所述透明面板和气罐之间的间距不超过10mm；及待抛撒物质，设于所述透明面板与所述气罐之间且靠近所述喷气口，所述喷气口打开时，高压气体喷出，所述待抛散物质向四周扩散。

2.如权利要求1所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述透明面板包括有机玻璃板。

3.如权利要求1所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述透明面板从上到下依次包括第一有机玻璃板、第二有机玻璃板和第三有机玻璃板，所述第二有机玻璃板和第三有机玻璃板的中心均开设气流口，所述气流口与所述喷气口相连通。

4.如权利要求1所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述冲击加载实验装置还包括第一法兰和第二法兰，所述第一法兰设置于所述气罐的底部，用于封盖所述气罐的内腔，所述排气口开设于所述第一法兰上，所述第二法兰插设于所述气罐的周壁上，并分隔所述第二气体室和第三气体室。

5.如权利要求4所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述冲击加载实验装置还包括三通电磁阀，所述三通电磁阀与所述排气口连接，用于控制排气口的打开与关闭。

6.如权利要求4所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述冲击加载实验装置还包括防撞块，所述防撞块设置在所述第一气体室内，所述防撞块用于防止所述活塞向下运动时对所述第一法兰造成撞击。

7.如权利要求1所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述加载平台还包括垫片，所述垫片设置在所述透明面板与气罐的顶面之间，所述垫片用于将所述透明面板与气罐的顶面分隔开以形成容置待抛撒物质的间隙。

8.如权利要求4所述的冲击加载实验装置，其特征在于，所述冲击加载实验装置还包括支撑装置，所述支撑装置与第二法兰连接，所述支撑装置用于支撑所述冲击加载实验装置。

说明书

冲击加载实验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种冲击加载实验装置。

背景技术

[0002] 径向冲击载荷作用下的颗粒环内外界面会出现射流状的失稳结构。这种界面失稳的结构在很多自然现象中观察到，比如超新星爆炸、火山喷发等。而且颗粒物质的抛撒、分散不管是在民用工程还是国防军事方面都有广泛的应用，比如超细粉磨灭火剂、粉尘爆炸、高密度惰性金属炸药、云爆弹等。这些民用和军事工程都涉及到很多基础科学问题，而其中最为核心的问题就是颗粒物质在发散冲击载荷的作用下的界面失稳问题，因此，对该问题的探索与理解，是促进上述民用和军事工程发展的关键。

[0003] 目前颗粒环射流失稳的实验研究大多集中在中心爆炸载荷驱动形成颗粒射流方面。现有的冲击加载实验装置采用球形或柱形装药的方式，通过高速摄像或者X射线高速摄影技术观测颗粒环中的颗粒完全分散失稳分散后的射流结构，但却无法观察到颗粒环射流的发端和前期成长的过程。

发明内容

[0004] 鉴于以上内容，有必要提供一种能观察到颗粒抛散的整个运动过程的冲击加载实验装置。

[0005] 本发明提供一种冲击加载实验装置，其包括：

[0006] 气罐，所述气罐的内腔从下到上依次分隔为第一气体室、第二气体室和第三气体室，所述第一气体室用于装载气压为P1的高压气体，所述第一气体室设有排气口，所述第二气体室用于装载气压为P2的高压气体，其中P1≥P2，所述第三气体室用于装载待喷发的高压气体，所述第三气体室设有喷气口；

[0007] 活塞组件，包括：活塞、活塞杆和活塞头，所述活塞滑动收容于所述气罐的内腔中，并分隔所述第一气体室和第二气体室，所述活塞头用于封住喷气口，所述活塞杆贯穿所述第二气体室和第三气体室，且所述活塞杆的一端连接所述活塞，另一端连接所述活塞头，所述活塞用于驱动所述活塞杆和活塞头向下运动并打开所述喷气口；

[0008] 加载平台，包括透明面板，所述透明面板与所述气罐开设有所述喷气口的顶面相互平行间隔设置，所述透明面板和气罐之间的间距不超过10mm；及

[0009] 待抛撒物质，设于所述透明面板与所述气罐之间且靠近所述喷气口，所述喷气口打开时，高压气体喷出，所述待抛散物质向四周扩散。

[0010] 优选地，所述透明面板包括有机玻璃板。

[0011] 优选地，所述透明面板从上到下依次包括第一有机玻璃板、第二有机玻璃板和第三有机玻璃板，所述第二有机玻璃板和第三有机玻璃板的中心均开设气流口，所述气流口与所述喷气口相连通。

[0012] 优选地，所述冲击加载实验装置还包括第一法兰和第二法兰，所述第一法兰设置于所述气罐的底部，用于封盖所述气罐的内腔，所述排气口开设于所述第一法兰上，所述第二法兰插设于所述气罐的周壁上，并分隔所述第二气体室和第三气体室之间。

[0013] 优选地，所述冲击加载实验装置还包括三通电磁阀，所述三通电磁阀与所述排气口连接，用于控制排气口的打开与关闭。

[0014] 优选地，所述冲击加载实验装置还包括防撞块，所述防撞块设置在所述第一气体室内，所述防撞块用于防止所述活塞向下运动时对所述第一法兰造成撞击。

[0015] 优选地，所述加载平台还包括垫片，所述垫片设置在所述透明面板与气罐之间，所述垫片用于将所述透明面板与气罐的顶面分隔开以形成容置待抛撒物质的间隙。

[0016] 优选地，所述冲击加载实验装置还包括支撑装置，所述支撑装置与第二法兰连接，所述支撑装置用于支撑所述冲击加载实验装置。

[0017] 与现有技术相比，本发明提供一种冲击加载实验装置，采用准二维结构的装药方式，对固体颗粒、液体或固液混合物进行持续的径向冲击加载，从而能够观察到颗粒抛散的整个运动过程，冲击加载时间能持续20ms左右，并且加载压力大小可调控，重复性好。

附图说明

[0018] 图1为本发明的一实施例提供的冲击加载实验装置的结构示意图。

[0019] 图2为本发明的一实施例提供的高压气体从喷气口释放后的流向示意图。

[0020] 图3为本发明的一实施例提供的高压气体从喷气口释放后的另一流向示意图。

[0021] 图4为本发明的一实施例提供的待抛撒物质的结构示意图。

[0022] 图5为本发明的一实施例提供的冲击加载实验装置的喷气口处的压力测试图。

[0023] 主要元件符号说明：

[0024]

[0025]

具体实施方式

[0026] 下面将结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

[0027] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的技术手段的名称只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

[0028] 请参阅图1，本发明提供一种冲击加载实验装置100，其包括：加载平台10、气罐90和活塞组件50。

[0029] 所述气罐90的内腔从下到上依次分隔为第一气体室20、第二气体室30和第三气体室40。所述第一气体室20用于装载气压为P1的高压气体，所述第二气体室30用于装载气压为P2的高压气体，其中P1≥P2，所述第一气体室20设有排气口21。所述第三气体室40用于装载待喷发的高压气体，所述第三气体室40设有喷气口41。本实施例中，所述喷气口41开设于所述气罐90的顶面。

[0030] 所述加载平台10包括透明面板11，所述透明面板11与所述气罐90的顶面相互平行间隔设置。所述透明面板11为有机玻璃，有机玻璃具有较好的透明度和强度，可以满足本发明的冲击加载实验要求。在其它实施例中，所述透明面板11可以采用其它材质。待抛撒物质200放置在所述透明面板11与气罐90的顶面之间。所述待抛撒物质200为圆环状，待抛撒物质200的内环对准所述喷气口41，所述圆环状的待抛撒物质200的厚度与所述透明面板和气罐90的顶面之间的间距相等，间距不超过10mm。所述待抛撒物质200包括固体颗粒、液体或固液混合物中的任意一种。由于圆环状的待抛散物质200的厚度小于10mm，很薄，因此视为准二维结构。

[0031] 所述活塞组件50包括：活塞51、活塞杆52和活塞头53。所述活塞51滑动收容于所述气罐90的内腔中，并分隔所述第一气体室20和第二气体室30。所述活塞头53插设于所述喷气口41中，以密封所述喷气口41。所述活塞杆52贯穿所述第二气体室30和第三气体室40，且所述活塞杆52的一端连接所述活塞51，另一端连接所述活塞头53。当所述活塞51在所述气罐90的内腔中沿其中心轴线向下滑动时，所述活塞51驱动所述活塞杆52和活塞头53向下运动并打开所述喷气口41。

[0032] 请一并参阅图2，打开排气口21，释放所述第一气体室20内的高压气体，使活塞51在所述第一气体室20内向下滑动，并带动活塞杆52和活塞头53向下运动，使得所述喷气口41打开。所述第三气体室40内的高压气体从所述喷气口41喷出后首先形成向上冲的气流，然后受到第四有机玻璃板114的阻碍会向四周径向扩散，那么靠近第四有机玻璃板114的颗粒会比靠近出气口的颗粒先受到气流的作用，这样在抛散过程中待抛撒物质200的上下会出现速度差。

[0033] 请一并参阅图3，优选地，所述透明面板11包括三块有机玻璃板，分别为第一有机玻璃板111、第二有机玻璃板112和第三有机玻璃板113。第二有机玻璃板112和第三有机玻璃板113的中心均开设了气流口，高压气体从喷气口41释放后首先形成向上冲的气流，然后受到第一有机玻璃板111的阻碍气流方向改变，形成向下的气流，上下两个方向相反的气流对冲后向四周均匀扩散，从而避免在抛散过程中，待抛撒物质的上下出现速度差的现象。优选地，所述加载平台10还包括垫片12，所述垫片12设置在所述第三有机玻璃板113与气罐90的顶面之间，用于将所述第三有机玻璃板113与气罐90分隔开以形成容置待抛撒物质200的间隙，该间隙的高度小于10mm。将圆环状的待抛散物质200放置于所述第三有机玻璃板113与气罐90的顶面之间，并使圆环状的待抛撒物质200的内环对准所述喷气口41。

[0034] 优选地，所述冲击加载实验装置100还包括第一法兰61和第二法兰62。所述第一法兰61设置在所述气罐90的底部，用于封盖所述气罐90的内腔。所述排气口21开设于所述第一法兰61上，并与所述第一气体室20相连通。所述第二法兰62插设于所述气罐90的周壁上，并分隔所述第二气体室30和第三气体室40。

[0035] 优选地，所述冲击加载实验装置100还包括三通电磁阀64，所述三通电磁阀64与所述排气口21连通，用于控制排气口21的打开与关闭，从而控制所述第一气体室20内部气体的排放。

[0036] 优选地，所述冲击加载实验装置100还包括防撞块65，所述防撞块65设置在所述第一气体室20内，所述防撞块65位于所述活塞51的下方，用于防止所述活塞51向下运动时对所述第一法兰61造成撞击。第一气体室20的体积要小于第二气体室30的体积，第一气体室20的体积可以由防撞块65的高度调整。

[0037] 优选地，所述冲击加载实验装置100还包括支撑装置70，所述支撑装置70包括支撑筒71和轮子72，所述支撑筒71与第二法兰62连接，所述轮子72设置在所述支撑筒71的底部。所述支撑筒71用于支撑整个冲击加载实验装置100，所述轮子72用来调整冲击加载实验装置100的位置。

[0038] 优选地，所述冲击加载实验装置100还包括吊耳80，所述吊耳80设置在所述第二法兰62上，所述吊耳80的作用是方便运输。当需要对冲击加载实验装置100进行小幅度位置移动时，通过轮子72进行推动即可；当需要对冲击加载实验装置100进行大幅度位置移动时，通过吊耳80将其吊起来后方便搬运。

[0039] 所述冲击加载实验装置100的装配和操作的过程如下：

[0040] 采用石英砂颗粒作为待抛撒物质200，石英砂颗粒粒径为40μm，请参阅图4，将石英砂颗粒堆积制备成圆环状，内外径分别为20mm和60mm，高度为4mm，将待抛撒物质200放置在气罐90的顶面上，并使圆环状的待抛撒物质200的内环对准所述喷气口41；

[0041] 在待抛撒物质200的四周放上厚度为4mm的垫片12，将第三有机玻璃板113、第二有机玻璃板112和第一有机玻璃板111从下往上依次叠放于所述垫片12上，并用螺栓和螺母固定好；

[0042] 向第一气体室20内通入气压为1Mpa高压气体，接着向第二气体室30内通入气压为0.5Mpa高压气体，此时活塞头53封住喷气口41；

[0043] 向第三气体室40内冲入气压为0.2Mpa的高压气体，其中0.2Mpa等于2bar；

[0044] 打开三通电磁阀64，第一气体室20内的气体会通过排气口21迅速排出，使活塞51在所述第一气体室20内向下滑动，并带动活塞杆52向下运动，活塞头53被活塞杆52拉下，喷气口41瞬间打开，高压气体喷出，形成冲击波，推动待抛撒物质200向四周径向扩散。

[0045] 请参阅图5，图5为冲击加载实验装置100的喷气口41处的压力测试图。当向第三气体室40内冲入不同的高压气体时，喷气口41处所测得的压力也不同，但对待抛散物质200的冲击加载时间都能够持续20ms左右。

[0046] 本实施例提供的冲击加载实验装置100，采用准二维结构的装药方式，对固体颗粒、液体或固液混合物进行持续的径向冲击加载，从而能够观察到颗粒抛散的整个运动过程，冲击加载时间能持续20ms左右，并且加载压力大小可调控，重复性好。

[0047] 以上实施方式仅是用于解释权利要求书。然本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都包含在本发明的保护范围之内。