躯干防护结构防爆炸冲击波性能测试装置、评价检测方法

摘要

本发明公开了一种躯干防护结构防爆炸冲击波性能的测试装置、评价、制作方法、以及检测其有效性的方法，所述装置包括：变形约束结构、类皮肤软物质块、压力传感器、加速度传感器以及缓冲层，变形约束结构为顶端开口、其余各端封闭的结构，类皮肤软物质块、压力传感器、加速度传感器以及缓冲层均位于变形约束结构的内部，缓冲层放置于变形约束结构的底部；类皮肤软物质块置于缓冲层上方，压力传感器和加速度传感器处于类皮肤软物质块内部且其感应面与类皮肤软物质块的顶面之间相隔预设距离。本发明实施例的躯干防护结构防护爆炸冲击波性能的测试装置，作为躯干防护结构的材料防护爆炸冲击波性能的有效测试手段，具有重要的价值和广泛的应用前景。

权利要求

1.一种躯干防护结构防爆炸冲击波性能的测试装置，其特征在于，所述装置包括：变形约束结构、类皮肤软物质块、压力传感器、加速度传感器以及缓冲层，所述变形约束结构为顶端开口、其余各端封闭的结构，所述类皮肤软物质块、所述压力传感器、所述加速度传感器以及所述缓冲层均位于所述变形约束结构的内部；

所述缓冲层放置于所述变形约束结构的底部；

所述类皮肤软物质块的材料力学属性与真实人体皮肤相同，能够模拟冲击波作用到真实躯干表面而形成的压力波形以及人体躯体在爆炸冲击波作用下的动态响应过程，用于替代真实人体躯干模型，所述类皮肤软物质块置于所述缓冲层上方；

所述压力传感器处于所述类皮肤软物质块内部，且所述压力传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔预设距离，所述类皮肤软物质块的顶面为所述装置的迎波面；

所述加速度传感器处于所述类皮肤软物质块内部，且所述加速度传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔预设距离，其中，所述缓冲层与所述类皮肤软物质块之间存在较大的界面材料波阻抗失配，使得进入所述类皮肤软物质块内的压力波在背波面反射时接近自由面状态，且所述缓冲层为爆炸冲击波作用下发生运动的所述类皮肤软物质块提供缓冲支撑；

所述变形约束由铝合金材质制成，且内表面经过超润滑处理，降低其内表面与所述类皮肤软物质块之间的摩擦阻力，约束所述类皮肤软物质块在爆炸冲击波作用下的横向变形，用于使得进入所述类皮肤软物质块的压力波保持沿长度方向传播的一维状态；

所述压力传感器用于感应爆炸冲击波进入所述类皮肤软物质块时，所述类皮肤软物质块受所述爆炸冲击波作用而产生的压力，所述压力传感器的量程不低于预设值；

所述加速度传感器用于感应爆炸冲击波通过所述躯干防护结构后，使得所述类皮肤软物质块产生的加速度，所述加速度传感器的量程不低于预设值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述变形约束结构的内表面采用电化学方法进行阳极化，表面上构筑了纳米级片层多孔结构，经过二甲基硅油修饰后可得到超润滑表面，降低所述变形约束结构的内表面与所述类皮肤软物质块之间的摩擦阻力；

所述变形约束结构壁厚为5毫米，具有较大的结构刚度，在爆炸冲击波作用下变形较小，从而限制所述类皮肤软物质块的横向变形，使得进入所述类皮肤软物质块的压力波保持沿长度方向的一维传播状态。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缓冲层的材料密度和模量均远小于所述类皮肤软物质块的材料密度与模量，使得所述缓冲层的材料波阻抗远小于所述类皮肤软物质块的材料波阻抗，二者之间存在严重的材料波阻抗失配界面，使得进入所述类皮肤软物质块的压力波在背波面反射时接近自由面状态。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力传感器和所述加速度传感器均通过精确定位装置调整在所述类皮肤软物质块内的位置；

所述精确定位装置包括：支撑架、高度调节器和电磁铁；

所述高度调节器分别与所述支撑架和所述电磁铁连接，用于通过所述电磁铁调节所述压力传感器和所述加速度传感器在所述类皮肤软物质块内的位置；

所述电磁铁固定于所述高度调节器上，朝向所述类皮肤软物质块的一面安装有水平工作台，所述水平工作台的位置状态通过水平调节螺母进行调整，并由两个垂直方向上的水准器进行表征，以使得所述水平工作台的工作面保持水平状态；

所述电磁铁通电时产生均匀磁场，使得所述压力传感器的感应面和所述加速度传感器的感应面被吸附在所述工作面的下方；

所述支撑架用于支撑所述定位装置。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述变形约束结构的底部设有开孔，所述压力传感器和所述加速度传感器的连接电缆线穿过所述类皮肤软物质块和所述缓冲层，由所述开孔穿出，分别与压力信号采集设备和加速度信号采集设备连接；

所述压力传感器的感应面和所述加速度传感器的感应面与爆炸冲击波的传播方向垂直，以实现对所述类皮肤软物质块内的压力数据与加速度数据的测量；

所述压力传感器包括：三个压力传感器，所述三个压力传感器的量程均不低于

1379kPa，谐振频率为500kHz，上升段时间小于1μs；

所述加速度传感器包括：三个加速度传感器，所述三个加速度传感器的量程不小于

3000g，固有频率不低于500kHz。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述三个压力传感器中第一、第二压力传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔的预设距离的取值为：10毫米；第三压力传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔的预设距离的取值为：100毫米；

所述三个加速度传感器中第一、第二加速度传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔的预设距离的取值为：10毫米；第三加速度传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔的预设距离的取值为：100毫米；

所述第一、第二压力传感器与所述第一、第二加速度传感器的各自感应面的位置构成长方形，所述第一、第二压力传感器处于所述长方形的一对对角位置，所述第一、第二加速度传感器处于所述长方形的另一对对角位置；

所述第三压力传感器与所述第三加速度传感器之间相隔90毫米，所述第三压力传感器距离所述变形约束结构的第一边框160毫米，距离所述变形约束结构的第二边框115毫米，所述第一边框垂直于所述第二边框；

所述第三加速度传感器距离所述第一边框70毫米，距离所述变形约束结构的第二边框

115毫米。

7.一种躯干防护结构防爆炸冲击波性能的评价方法，其特征在于，所述评价方法用于评价权利要求1-6任一所述测试装置防爆炸冲击波的性能，所述方法包括：通过压力指标、冲量指标和功率密度指标的结果对躯干防护结构防爆炸冲击波的性能进行评价；

其中，所述压力指标为第一评价指标，通过压力传感器直接采集获得，所述冲量指标为第二评价指标，通过所述压力传感器采集得到的数据经过运算获得，所述功率密度指标为第三评价指标，通过所述压力传感器和加速度传感器分别采集得到的数据经过运算获得；

具体的，所述压力指标通过所述压力传感器采集得到的压力信号p(t)直接获得；

所述冲量指标通过所述压力信号p(t)经过运算获得，具体的计算公式如下：其中：P为所述冲量指标的数值，t1、t2为所述压力传感器采集得到的压力信号的起始与结束时间，t为所述压力传感器采集得到的压力信号的持续作用时间；

所述功率密度指标通过所述压力传感器采集得到的压力信号p(t)和所述加速度传感器采集得到的加速度信号a(t)经过运算获得，具体的计算公式如下：其中：W(t)为所述功率密度指标的表达式，t1为所述加速度传感器采集得到的加速度信号的起始时间，t为所述压力传感器采集得到的压力信号的持续作用时间；

所述压力指标的压力信号p(t)、所述冲量指标的数值P、所述功率密度指标的表达式W(t)反映爆炸冲击波经过所述躯干防护结构防护之后对人体躯干造成的损伤，进而评价所述躯干防护结构防爆炸冲击波的性能。

8.一种制作躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置的方法，其特征在于，所述方法用于制作权利要求1-6任一所述测试装置，所述方法包括：步骤1：以高为500毫米，截面积为230*230毫米，厚度为5毫米为尺寸制作变形约束结构，所述变形约束结构顶端开口、其余各端封闭，其底部设有开孔，底端外侧设有两片固定钢片，所述固定钢片用于将整个装置固定在整个装置的支撑架上；

步骤2：在所述变形约束结构的内部采用电化学方法进行阳极化,内表面上构筑纳米级片层多孔结构,使用二甲基硅油修饰后得到超润滑表面，用于保持类皮肤软物质块与所述变形约束结构之间的润滑度，以使得所述类皮肤软物质块受爆炸冲击波横向形变时减小与所述变形约束结构之间的摩擦力，所述类皮肤软物质块包括：硅胶块，所述硅胶块由硅胶液固化而成，所述硅胶液直接注入所述变形约束结构的内部，其截面积为230*230毫米，高为

280毫米；

步骤3：在所述变形约束结构变形约束的内部的底部放置截面积为230*230毫米，高为

220毫米的缓冲层，在所述缓冲层上对应所述开孔处开设对应的孔，穿入电缆线，所述电缆线用于连接压力传感器和压力信号采集设备以及加速度传感器与加速度信号采集设备，所述缓冲层包括：聚氨酯泡沫块，其截面积为230*230毫米，高为220毫米；

步骤4：将道康宁184硅胶的基本组分和固化剂按12.5:1的质量比例进行混合，搅拌均匀形成所述硅胶液并置于真空箱内抽真空，将抽完真空的所述硅胶液注入所述变形约束结构内部并处于所述缓冲层上方，使得所述硅胶液高度达到170毫米，所述硅胶块的质量比例是基于人体躯干皮肤的力学性能进行设计优化得到的，制备的硅胶块可真实反映躯干皮肤在爆炸冲击波作用下的动态响应特性；

步骤5：将所述压力传感器和所述加速度传感器分别连接所述电缆线后放置于所述硅胶液中，所述压力传感器和所述加速度传感器分别通过精确定位装置调整各自的位置，以使得所述压力传感器和所述加速度传感器各自的感应面与所述硅胶液的液面之间存在预设距离，并保持水平；

步骤6：在固定好所述压力传感器和所述加速度传感器后，继续缓慢向所述变形约束结构内注入所述硅胶液，使得所述硅胶液面与所述变形约束结构的顶端平齐，并放置12小时，以使得所述硅胶液固化形成所述类皮肤软物质块，进而得到躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述压力传感器包括：第一、第二、第三压力传感器；所述加速度传感器包括：第一、第二、第三加速度传感器；所述压力传感器和所述加速度传感器均通过精确定位装置调整在所述类皮肤软物质块内的位置；所述精确定位装置包括：高度调节器和电磁铁；所述电磁铁固定于所述高度调节器上，朝向所述类皮肤软物质块的一面安装有水平工作台；所述步骤5具体包括：在所述压力传感器和所述加速度传感器分别连接所述电缆线后，为所述电磁铁通电，以使得所述第三压力传感器和所述第三加速度传感器被吸附在所述水平工作台的工作面下方；

调整吸附好的所述第三压力传感器和所述第三加速度传感器的位置，以使得两者的位置符合第一预设位置；

调整所述高度调节器的位置，以使得所述第三压力传感器和所述第三加速度传感器的感应面高出所述硅胶液的液面10毫米；

持续保持所述高度调节器的位置，待所述硅胶液达到半固化状态且符合支撑所述第三压力传感器和所述第三加速度传感器的条件时，为所述电磁铁断电；

在所述电磁铁断电后，升高所述高度调节器的位置，使得所述电磁铁远离所述第三压力传感器和所述第三加速度传感器；

继续缓慢向所述变形约束结构内注入所述硅胶液，使得所述硅胶液高度达到260毫米；

再次为所述电磁铁通电，以使得所述第一、第二压力传感器和所述第一、第二加加速度传感器被吸附在所述水平工作台的工作面下方；

调整吸附好的所述第一、第二压力传感器和所述第一、第二加速度传感器的位置，以使得四者的位置符合第二预设位置；

调整所述高度调节器的位置，以使得所述第一、第二压力传感器和所述第一、第二加速度传感器的感应面高出所述硅胶液的液面10毫米；

持续保持所述高度调节器的位置，待所述硅胶液达到半固化状态且符合支撑所述第一、第二压力传感器和所述第一、第二加速度传感器的条件时，为所述电磁铁断电；

在所述电磁铁断电后，升高所述高度调节器的位置，使得所述电磁铁远离所述第一、第二压力传感器和所述第一、第二加速度传感器；

其中，所述第一预设位置为：

所述第三压力传感器与所述第三加速度传感器之间相隔90毫米，所述第三压力传感器距离所述变形约束结构的第一边框160毫米，距离所述变形约束结构的第二边框115毫米，所述第一边框垂直于所述第二边框；

所述第三加速度传感器距离所述第一边框70毫米，距离所述变形约束结构的第二边框

115毫米；

所述第三压力传感器的感应面和所述第三加速度传感器的感应面与所述硅胶液的顶面之间相隔的距离均为100毫米；

所述第二预设位置为：

所述第一、第二压力传感器的感应面与所述硅胶液的顶面之间相隔的距离为10毫米；

所述第一、第二加速度传感器的感应面与所述硅胶液的顶面之间相隔的距离为10毫米；

所述第一、第二压力传感器与所述第一、第二加速度传感器的各自感应面的位置构成长方形，所述第一、第二压力传感器处于所述长方形的一对对角位置，所述第一、第二加速度传感器处于所述长方形的另一对对角位置。

10.一种检测躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置的有效性的方法，其特征在于，所述方法用于测试权利要求1-6任一所述测试装置的防护性能，所述方法包括：步骤1：将躯干防护结构固定于所述类皮肤软物质块的迎波面上，形成整体测试装置，其中，所述躯干防护结构的横截面尺寸为228*228mm，略小于所述类皮肤软物质块的横截面尺寸，以避免固定所述躯干防护结构存在误差时，所述变形约束结构的边框对实验结果造成影响；

步骤2：将所述整体测试装置固定在支撑架上并依次摆放在以爆炸中心为圆心的圆周上，其半径可以根据爆炸冲击波载荷的需要进行选择，保持所述整体测试装置和所述爆炸中心处在同一水平面上，并距离地面高度为2米，将所述整体测试装置的迎波面正面朝向所述爆炸中心，以使得所述爆炸中心爆炸产生的球面冲击波垂直作用到所述迎波面；

步骤3：引爆所述爆炸中心，所述爆炸中心爆炸产生的爆炸冲击波通过所述躯干防护结构后，进入所述类皮肤软物质块内，到达所述压力传感器感应面和所述加速度传感器感应面，其形成的压力数据被所述压力传感器感应到，加速度数据被所述加速度传感器感应到，并通过各自的电缆线传输给压力信号采集设备和加速度采集设备；

步骤4：通过如权利要求7所述的评价方法，对比不同躯干防护结构存在时，所述压力指标、所述冲量指标和所述功率密度指标的关系，得到不同躯干防护结构防爆炸冲击波性能的防护性能结果，所述防护性能结果表征躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置，有效的检测出所述躯干防护结构的防护性能。

说明书

躯干防护结构防爆炸冲击波性能测试装置、评价检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及力学领域，特别是涉及一种躯干防护结构防护爆炸冲击波性能的测试装置、评价方法、以及检测其有效性的方法。

背景技术

[0002] 空气中爆炸物爆炸时会产生强烈的冲击波，会对人员的生命安全造成重大威胁。研究表明，在现代战场环境中，爆炸产生的冲击波所引起的人体损伤已经成为士兵致伤、致
死的主要因素。关于爆炸冲击波对人员躯干造成损伤的情况，也越来越引起人们的重视，对
躯干防护结构防爆炸冲击波性能的评价以及设计高性能的躯干防护结构尤为重要。

[0003] 但目前，对于躯干防护结构防爆炸冲击波的性能，尚缺少有效的通用实验表征方法。在建筑物和装甲的防护测试中，大多数都是通过检测结构的破坏形式等方式实现对防
护结构防爆炸冲击波的性能进行测试，并不能很直观的得到经过防护结构防护后的爆炸冲
击波对被防护目标所产生的压力数据和加速度数据，并且这种方式并不适用于躯干防护结
构对人员进行爆炸冲击波防护性能的测试。因此，目前亟需一种可以测试躯干防护结构防
爆炸冲击波性能的装置以及一套适用于评价躯干防护结构防爆炸冲击波性能的指标，以达
到可以精确测试出经过躯干防护结构防护后的爆炸冲击波对人体躯干表面所产生的压力
数据和加速度数据，以用于建立合适的评价指标对躯干防护结构的性能进行评价。

发明内容

[0004] 鉴于上述问题，本发明提供一种躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试的装置、评价、制作方法、以及检测其有效性的方法，解决了上述的问题。

[0005] 本发明实施例提供一种躯干防护结构防护爆炸冲击波性能的测试装置，所述装置包括：变形约束结构、类皮肤软物质块、压力传感器、加速度传感器以及缓冲层，所述变形约
束结构为顶端开口、其余各端封闭的结构，所述类皮肤软物质块、所述压力传感器、所述加
速度传感器以及所述缓冲层均位于所述变形约束结构的内部；

[0006] 所述缓冲层放置于所述变形约束结构的底部；

[0007] 所述类皮肤软物质块的材料力学属性与真实人体皮肤相同，能够模拟冲击波作用到真实躯干表面而形成的压力波形以及人体躯体在爆炸冲击波作用下的动态响应过程，用
于替代真实人体躯干模型，所述类皮肤软物质块置于所述缓冲层上方；

[0008] 所述压力传感器处于所述类皮肤软物质块内部，且所述压力传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔预设距离，所述类皮肤软物质块的顶面为所述装置的迎
波面；

[0009] 所述加速度传感器处于所述类皮肤软物质块内部，且所述加速度传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔预设距离，

[0010] 其中，所述缓冲层与所述类皮肤软物质块之间存在较大的界面材料波阻抗失配，使得进入所述类皮肤软物质块内的压力波在背波面反射时接近自由面状态，且所述缓冲层
为爆炸冲击波作用下发生运动的所述类皮肤软物质块提供缓冲支撑；

[0011] 所述变形约束结构由铝合金材质制成，且内表面经过超润滑处理，降低其内表面与所述类皮肤软物质块之间的摩擦阻力，约束所述类皮肤软物质块在冲击波作用下的横向
变形，用于使得进入所述类皮肤软物质块的压力波保持沿长度方向传播的一维状态；

[0012] 所述压力传感器用于感应爆炸冲击波进入所述类皮肤软物质块时，所述类皮肤软物质块受所述爆炸冲击波作用而产生的压力，所述压力传感器的量程不低于预设值；

[0013] 所述加速度传感器用于感应爆炸冲击波通过所述防护结构后，使得所述类皮肤软物质块产生的加速度，所述加速度传感器的量程不低于预设值。

[0014] 可选地，所述变形约束结构的内表面采用电化学方法进行阳极化,表面上构筑了纳米级片层多孔结构,经过二甲基硅油修饰后可得到超润滑表面，降低所述变形约束结构
的内表面与所述类皮肤软物质块之间的摩擦阻力；

[0015] 所述变形约束结构壁厚为5毫米，具有较大的结构刚度，在爆炸冲击波作用下变形较小，从而限制所述类皮肤软物质块的横向变形，使得进入所述类皮肤软物质块的压力波
保持沿长度方向的一维传播状态。

[0016] 可选地，所述缓冲层的材料密度和模量均远小于所述类皮肤软物质块的材料密度与模量，使得所述缓冲层的材料波阻抗远小于所述类皮肤软物质块的材料波阻抗，二者之
间存在严重的材料波阻抗失配界面，使得进入所述类皮肤软物质块的压力波在背波面反射
时接近自由面状态。

[0017] 可选地，所述压力传感器和所述加速度传感器均通过精确定位装置调整在所述类皮肤软物质块内的位置；

[0018] 所述精确定位装置包括：支撑架、高度调节器和电磁铁；

[0019] 所述高度调节器分别与所述支撑架和所述电磁铁连接，用于通过所述电磁铁调节所述压力传感器和所述加速度传感器在所述类皮肤软物质块内的位置；

[0020] 所述电磁铁固定于所述高度调节器上，朝向所述类皮肤软物质块的一面安装有水平工作台，所述水平工作台的位置状态通过水平调节螺母进行调整，并由两个垂直方向上
的水准器进行表征，以使得所述水平工作台的工作面保持水平状态；

[0021] 所述电磁铁通电时产生均匀磁场，使得所述压力传感器的感应面和所述加速度传感器的感应面被吸附在所述工作面的下方；

[0022] 所述支撑架用于支撑所述定位装置。

[0023] 可选地，所述变形约束结构的底部设有开孔，所述压力传感器和所述加速度传感器的连接电缆线穿过所述类皮肤软物质块和所述缓冲层，由所述开孔穿出，分别与压力信
号采集设备和加速度信号采集设备连接；

[0024] 所述压力传感器的感应面和所述加速度传感器的感应面与爆炸冲击波的传播方向垂直，以实现对所述类皮肤软物质块内的压力数据与加速度数据的测量；

[0025] 所述压力传感器包括：三个压力传感器，所述三个压力传感器的量程均不低于1379kPa，谐振频率为500kHz，上升段时间小于1μs；

[0026] 所述加速度传感器包括：三个微型防水加速度传感器，所述三个加速度传感器的量程不小于3000g，固有频率不低于500kHz。

[0027] 可选地，所述三个压力传感器中第一、第二压力传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔的预设距离的取值为：10毫米；第三压力传感器的感应面与所述类
皮肤软物质块的顶面之间相隔的预设距离的取值为：100毫米；

[0028] 所述三个加速度传感器中第一、第二加速度传感器的感应面与所述类皮肤软物质块的顶面之间相隔的预设距离的取值为：10毫米；第三加速度传感器的感应面与所述类皮
肤软物质块的顶面之间相隔的预设距离的取值为：100毫米；

[0029] 所述第一、第二压力传感器与所述第一、第二加速度传感器的各自感应面的位置构成长方形，所述第一、第二压力传感器处于所述长方形的一对对角位置，所述第一、第二
加速度传感器处于所述长方形的另一对对角位置；

[0030] 所述第三压力传感器与所述第三加速度传感器之间相隔90毫米，所述第三压力传感器距离所述变形约束结构的第一边框160毫米，距离所述变形约束结构的第二边框115毫
米，所述第一边框垂直于所述第二边框；

[0031] 所述第三加速度传感器距离所述第一边框70毫米，距离所述变形约束结构的第二边框115毫米。

[0032] 本发明实施例还提供一种躯干防护结构防爆炸冲击波性能的评价方法，所述评价方法包括：通过压力指标、冲量指标和功率密度指标的结果对所述躯干防护结构防爆炸冲
击波的性能进行评价；

[0033] 其中，所述压力指标为第一评价指标，通过所述压力传感器直接采集获得，所述冲量指标为第二评价指标，通过所述压力传感器采集得到的数据经过运算获得，所述功率密
度指标为第三评价指标，通过所述压力传感器和所述加速度传感器分别采集得到的数据经
过运算获得；

[0034] 具体的，所述压力指标通过所述压力传感器采集得到的压力信号p(t)直接获得；

[0035] 所述冲量指标通过所述压力信号p(t)经过运算获得，具体的计算公式如下：

[0036]

[0037] 其中：P为所述冲量指标的数值，t1、t2为所述压力传感器采集得到的压力信号的起始与结束时间，t为所述压力传感器采集得到的压力信号的持续作用时间；

[0038] 所述功率密度指标通过所述压力传感器采集得到的压力信号p(t)和所述加速度传感器采集得到的加速度信号a(t)经过运算获得，具体的计算公式如下：

[0039]

[0040] 其中：W(t)为所述功率密度指标的表达式，t1为所述加速度传感器采集得到的加速度信号的起始时间，t为所述压力传感器采集得到的压力信号的持续作用时间；

[0041] 所述压力指标的压力信号p(t)、所述冲量指标的数值P、所述功率密度指标的表达式W(t)反映爆炸冲击波经过所述躯干防护结构防护之后对人体躯干造成的损伤，进而评价
所述躯干防护结构防爆炸冲击波的性能。

[0042] 本发明实施例还提供一种制作躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置的方法，所述方法包括：

[0043] 步骤1：以高为500毫米，截面积为230*230毫米，厚度为5毫米为尺寸制作变形约束结构，所述变形约束结构顶端开口、其余各端封闭，其底部设有开孔，底端外侧设有两片固
定钢片，所述固定钢片用于将整个装置固定在整个装置的支撑架上；

[0044] 步骤2：在所述变形约束结构的内部采用电化学方法进行阳极化,内表面上构筑纳米级片层多孔结构,使用二甲基硅油修饰后得到超润滑表面，用于保持所述类皮肤软物质
块与所述变形约束结构之间的润滑度，以使得所述类皮肤软物质块受爆炸冲击波横向形变
时减小与所述变形约束结构之间的摩擦力，所述类皮肤软物质块包括：硅胶块，所述硅胶块
由硅胶液固化而成，所述硅胶液直接注入所述变形约束结构的内部，其截面积为230*230毫
米，高为280毫米；

[0045] 步骤3：在所述变形约束结构变形约束的内部的底部放置截面积为230*230毫米，高为220毫米的缓冲层，在所述缓冲层上对应所述开孔处开设对应的孔，穿入电缆线，所述
电缆线用于连接压力传感器和压力信号采集设备以及加速度传感器与加速度信号采集设
备，所述缓冲层包括：聚氨酯泡沫块，其截面积为230*230毫米，高为220毫米；

[0046] 步骤4：将道康宁184硅胶的基本组分(组分A)和固化剂(组分B)按12.5:1的质量比例进行混合，搅拌均匀形成硅胶液并置于真空箱内抽真空，将抽完真空的所述硅胶液注入
所述变形约束结构内部并处于所述缓冲层上方，使得所述硅胶液高度达到170毫米，所述硅
胶块的质量比例是基于人体躯干皮肤的力学性能进行设计优化得到的，制备的硅胶块可真
实反映躯干皮肤在爆炸冲击波作用下的动态响应特性；

[0047] 步骤5：将所述压力传感器和所述加速度传感器分别连接所述电缆线后放置于所述硅胶液中，所述压力传感器和所述加速度传感器分别通过如权利要求4所述的精确定位
装置调整各自的位置，以使得所述压力传感器和所述加速度传感器各自的感应面与所述硅
胶液的液面之间存在预设距离，并保持水平；

[0048] 步骤6：在固定好所述压力传感器和所述加速度传感器后，继续缓慢向所述变形约束结构内注入所述硅胶液，使得所述硅胶液面与所述变形约束结构的顶端平齐，并放置12
小时，以使得所述硅胶液固化形成所述类皮肤软物质块，进而得到如以上任一所述的躯干
防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置。

[0049] 可选地，所述压力传感器包括：第一、第二、第三压力传感器；所述加速度传感器包括：第一、第二、第三加速度传感器，所述步骤5具体包括：

[0050] 在所述压力传感器和所述加速度传感器分别连接所述电缆线后，为所述电磁铁通电，以使得所述第三压力传感器和所述第三加速度传感器被吸附在所述水平工作台的工作
面下方；

[0051] 调整吸附好的所述第三压力传感器和所述第三加速度传感器的位置，以使得两者的位置符合第一预设位置；

[0052] 调整所述高度调节器的位置，以使得所述第三压力传感器和所述第三加速度传感器的感应面高出所述硅胶液的液面10毫米；

[0053] 持续保持所述高度调节器的位置，待所述硅胶液达到半固化状态且符合支撑所述第三压力传感器和所述第三加速度传感器的条件时，为所述电磁铁断电；

[0054] 在所述电磁铁断电后，升高所述高度调节器的位置，使得所述电磁铁远离所述第三压力传感器和所述第三加速度传感器；

[0055] 继续缓慢向所述变形约束结构内注入所述硅胶液，使得所述硅胶液高度达到270毫米；

[0056] 再次为所述电磁铁通电，以使得所述第一、第二压力传感器和所述第一、第二加速度传感器被吸附在所述水平工作台的工作面下方；

[0057] 调整吸附好的所述第一、第二压力传感器和所述第一、第二加速度传感器的位置，以使得四者的位置符合第二预设位置；

[0058] 调整所述高度调节器的位置，以使得所述第一、第二压力传感器和所述第一、第二加速度传感器的感应面高出所述硅胶液的液面10毫米；

[0059] 持续保持所述高度调节器的位置，待所述硅胶液达到半固化状态且符合支撑所述第一、第二压力传感器和所述第一、第二加速度传感器的条件时，为所述电磁铁断电；

[0060] 在所述电磁铁断电后，升高所述高度调节器的位置，使得所述电磁铁远离所述第一、第二压力传感器和所述第一、第二加速度传感器；

[0061] 其中，所述第一预设位置为：

[0062] 所述第三压力传感器与所述第三加速度传感器之间相隔90毫米，所述第三压力传感器距离所述变形约束结构的第一边框160毫米，距离所述变形约束结构的第二边框115毫
米，所述第一边框垂直于所述第二边框；

[0063] 所述第三加速度传感器距离所述第一边框70毫米，距离所述变形约束结构的第二边框115毫米；

[0064] 所述第三压力传感器的感应面和所述第三加速度传感器的感应面与所述硅胶液的顶面之间相隔的距离均为100毫米；

[0065] 所述第二预设位置为：

[0066] 所述第一、第二压力传感器的感应面与所述硅胶液的顶面之间相隔的距离为10毫米；所述第一、第二加速度传感器的感应面与所述硅胶液的顶面之间相隔的距离为10毫米；

[0067] 所述第一、第二压力传感器与所述第一、第二加速度传感器的各自感应面的位置构成长方形，所述第一、第二压力传感器处于所述长方形的一对对角位置，所述第一、第二
加速度传感器处于所述长方形的另一对对角位置。

[0068] 本发明实施例还提供一种检测躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置的有效性的方法，所述方法包括：

[0069] 步骤1：将躯干防护结构固定于所述类皮肤软物质块的迎波面上，形成整体测试装置，其中，所述躯干防护结构的横截面尺寸为228*228mm，略小于所述类皮肤软物质块的横
截面尺寸，以避免固定所述躯干防护结构存在误差时，所述变形约束结构的边框对实验结
果造成影响；

[0070] 步骤2：将所述整体测试装置固定在支撑架上并依次摆放在以爆炸中心为圆心的圆周上，其半径可以根据爆炸冲击波载荷的需要进行选择，保持所述整体测试装置和所述
爆炸中心处在同一水平面上，并距离地面高度为2米，将所述整体测试装置的迎波面正面朝
向所述爆炸中心，以使得所述爆炸中心爆炸产生的球面冲击波垂直作用到所述迎波面；

[0071] 步骤3：引爆所述爆炸中心，所述爆炸中心爆炸产生的爆炸冲击波通过所述躯干防护结构后，进入所述类皮肤软物质块内，到达所述压力传感器感应面和加速度传感器感应
面，其形成的压力数据被所述压力传感器感应到，加速度数据被所述加速度传感器感应到，
并通过各自的电缆线传输给压力信号采集设备和加速度采集设备；

[0072] 步骤4：通过如上述的评价方法，对比不同躯干防护结构存在时，所述压力指标、所述冲量指标和所述功率密度指标的关系，得到不同躯干防护结构防爆炸冲击波性能的防护
性能结果，所述防护性能结果表征如以上任一所述的躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测
试装置，有效的检测出所述躯干防护结构的防护性能。

[0073] 本发明提供的躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试的装置，包括：变形约束结构、类皮肤软物质块、压力传感器、加速度传感器以及缓冲层，变形约束结构为顶端开口、其
余各端封闭的结构，类皮肤软物质块、压力传感器、加速度传感器以及缓冲层均位于变形约
束结构的内部；类皮肤软物质块的顶面为整个装置的迎波面；缓冲层用于使得进入类皮肤
软物质块内的压力波在背波面反射时接近自由面状态以及为爆炸冲击波作用下发生移动
的所述类皮肤软物质块提供缓冲；变形约束结构用于使得进入类皮肤软物质块的压力波和
加速度保持沿长度方向传播的一维状态；压力传感器用于感应爆炸冲击波进入硅胶块时，
硅胶块受爆炸冲击波作用而产生的压力，加速度传感器用于感应爆炸冲击波通过所述防护
结构后，使得所述类皮肤软物质块产生的加速度。

[0074] 本发明的性能测试装置，利用类皮肤软物质块的力学响应与人体皮肤组织接近的特性近似人体躯干结构，变形约束结构与缓冲层为类皮肤软物质块提供合理的边界条件，
以使得测量出的压力波形和加速度波形更精确反映躯干防护结构防爆炸冲击波的性能，精
确定位装置与制备方法保证类皮肤软物质块中压力传感器与加速度传感器的感应面严格
垂直于冲击波的传播方向，利用压力传感器和加速度传感器测量得到类皮肤软物质块受爆
炸冲击波作用而产生的压力和加速度，从而实现了精确测试出经过躯干防护结构防护后的
爆炸冲击波所产生的压力数据和加速度数据，即，相当于精确测试出经过躯干防护结构防
护后的爆炸冲击波对人体躯干表面所产生的压力数据和加速度数据。结合发展的评价方
法，基于该压力数据与加速度数据可以获得压力指标、冲量指标和功率密度指标，这些评价
指标可对躯干防护结构防爆炸冲击波的性能进行评价，由此可以准确得出躯干防护结构防
爆炸冲击波的性能，本发明的性能测试装置作为躯干防护结构防护爆炸冲击波性能的有效
测试手段，具有重要的价值和广泛的应用前景。

附图说明

[0075] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明
的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

[0076] 图1是本发明实施例一种躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试的装置的示意图；

[0077] 图2是本发明实施例一种躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试的装置的尺寸示意图；

[0078] 图3是本发明实施例压力传感器和加速度传感器的位置尺寸示意图；

[0079] 图4是本发明实施例压力传感器和加速度传感器的另一位置尺寸示意图；

[0080] 图5是本发明实施例中定位装置的示意图；

[0081] 图6是本发明实施例中整体测试装置的摆放示意图；

[0082] 图7是本发明实施例中实际测试的硅胶块20中的压力数据曲线图。

具体实施方式

[0083] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本
发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。

[0084] 参照图1，示出了本发明实施例一种躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试的装置的示意图，该装置包括：变形约束结构10、类皮肤软物质块20、压力传感器30、缓冲层40以
及加速度传感器50，其中，变形约束结构10为顶端开口、其余各端封闭的结构，当然，变形约
束结构10的底端也可以为不全封闭结构，例如：可以采用至少两个铝合金钢条的形式作为
底端，该底端只需要满足承重要求即可；而类皮肤软物质块20、压力传感器30、缓冲层40以
及加速度传感器50均位于变形约束结构10的内部。

[0085] 具体的，缓冲层40可以采用聚氨酯泡沫块，类皮肤软物质块20可以采用硅胶块，下文全部统一使用聚氨酯泡沫块40指代缓冲层40，使用硅胶块20指代类皮肤软物质块20。首
先，聚氨酯泡沫块40放置于变形约束结构10的底部，其作为缓冲层，与硅胶块20之间存在较
大的界面材料波阻抗失配，用于使得进入硅胶块20内的压力波和加速度在背波面反射时接
近自由面状态且聚氨酯泡沫块40为爆炸冲击波作用下发生运动的硅胶块20提供缓冲支撑。

[0086] 变形约束结构10由铝合金材质制成，能够约束硅胶块20在爆炸冲击波作用下的横向变形，使得进入硅胶块20的压力波保持沿长度方向传播的一维状态；具体的，变形约束结
构10的内表面采用电化学方法进行阳极化，表面上构筑了纳米级片层多孔结构，经过二甲
基硅油修饰后可得到超润滑表面，这样就显著降低变形约束结构10的内表面与硅胶块20之
间的摩擦阻力；变形约束结构10壁厚为5毫米，具有较大的结构刚度，在爆炸冲击波作用下
变形较小，从而限制硅胶块20的横向变形，使得进入硅胶块20的压力波保持沿长度方向的
一维传播状态。

[0087] 上述两者相互结合，使得本发明实施例的性能测试装置可以模拟出爆炸冲击波经过躯干防护结构防护后，进入人体躯干表面的压力波实际的波形。

[0088] 硅胶块20的材料力学属性与真实人体皮肤相同，能够模拟冲击波作用到真实躯干表面而形成的压力波形以及人体躯体在爆炸冲击波作用下的动态响应过程，用于替代真实
人体模型，硅胶块20置于聚氨酯泡沫块40上方，硅胶块20由硅胶液固化而成，硅胶液直接注
入变形约束结构10的内部，具体的方法下文对应处有详细描述，在此先不做赘述；压力传感
器30和加速度传感器50均处于硅胶块20内部，且压力传感器30的感应面和加速度传感器50
的感应面分别与硅胶块20的顶面之间相隔预设距离，硅胶块20的顶面为整个性能测试装置
的迎波面，压力传感器30用于感应爆炸冲击波进入硅胶块20时，硅胶块20受爆炸冲击波作
用而产生的压力，即，相当于压力传感器30用于感应爆炸冲击波进入人体结构时，人体结构
受爆炸冲击波作用而产生的压力，压力传感器30的量程不低于预设值；加速度传感器50用
于测试爆炸冲击波通过躯干防护结构后使硅胶块20表面产生的加速度，作为另一个指标，
结合压力数据更精确的反应出爆炸冲击波作用下躯干的力学响应。

[0089] 变形约束结构10的底部设有开孔，压力传感器30和加速度传感器50的连接电缆线穿过硅胶块20和聚氨酯泡沫块40，由开孔穿出，分别与压力信号采集设备、加速度信号采集
设备连接。压力传感器30和加速度传感器50的位置的尺寸具体参照图3、图4所示。

[0090] 参照图2，示出了本发明实施例一种躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试的装置的尺寸示意图，用于近似替代人体模型的硅胶块20为长方体，截面尺寸为230×230mm(毫
米)，为了尽可能减少进入硅胶块20的压力波在硅胶块20的内部往复传播次数，将硅胶块20
的高度设置为280mm。

[0091] 为了使进入硅胶块20内的压力波尽可能保持沿长度方向传播的一维状态，将硅胶块20置于内截面尺为230×230mm的厚度为5mm(图中未示出该尺寸)的变形约束结构10内，
变形约束结构10的总高度为500mm(280mm+220mm)，在爆炸冲击波作用下，变形约束结构10
的变形较小，硅胶块20内压力波的传播近似接近一维应变状态。

[0092] 为了保证硅胶块20内的压力波在背波面反射时尽可能接近自由面状态，在硅胶块20背波面放置截面尺寸为230×230mm厚度为220mm的聚氨酯泡沫40作为缓冲层。此外，缓冲
层也可以为爆炸冲击波作用下发生移动的硅胶块20提供缓冲。综合这两个部分，即可使得
本发明实施例的性能测试装置可以模拟出爆炸冲击波经过躯干防护结构防护后，进入人体
躯干表面的压力波实际的波形。

[0093] 压力传感器30包括：三个PBC113B21型压力传感器(即第一、第二、第三压力传感器)，之所以采用该型号的传感器，是因为目前常用于测量固体材料内部压力的压力传感器
为PVDF薄膜压力传感器，不过该传感器的使用压力量程一般需要高于10MPa。而人体躯干的
损伤阈值一般远小于10MPa，因此适合于研究躯干防护结构防护爆炸冲击波性能的压力也
应远小于10MPa，此种条件下，PVDF薄膜压力传感器将会存在较大测量误差，显然不适用。

[0094] PCB公司生产的PBC113B21型传感器是常用于测量流体中的压力，使用量程不低于1379kPa，谐振频率为500kHz，上升段时间小于1μs。由于硅胶块20为软材料，具有流体的部
分力学性质，因此可以使用PBC113B21型传感器进行硅胶块20内压力的测量。

[0095] 加速度传感器50包括：三个微型防水加速度传感器(即第一、第二、第三加速度传感器)，三个加速度传感器的量程不小于3000g，固有频率不低于500kHz。

[0096] 在放置时，第一、第二压力传感器与第一、第二加速度传感器的各自感应面的位置构成长方形，第一、第二压力传感器处于长方形的一对对角位置，第一、第二加速度传感器
处于长方形的另一对对角位置；如图3所示，第一压力传感器距离第一边框的距离为160mm，
距离第二边框的距离为160mm；第一加速度传感器距离第一边框的距离为70mm，距离第二边
框的距离为160mm；第二压力传感器距离第一边框的距离为70mm，距离第二边框的距离为
70mm；第二加速度传感器距离第一边框的距离为160mm，距离第二边框的距离为70mm；四个
传感器均置于硅胶块20内距迎波面10mm处。

[0097] 第三压力传感器距离第一边框的距离为160mm，距离第二边框的距离为115mm；第三加速度传感器距离第一边框的距离为70mm，距离第二边框的距离为115mm；两个传感器均
置于硅胶块20内距迎波面100mm处，具体的尺寸可以参照图4所示。本发明实施例中，压力传
感器的感应面和加速度传感器的感应面均与爆炸冲击波的传播方向垂直，这样就实现对硅
胶块20内的压力数据和加速度数据的准确测量。

[0098] 上述之所以使用距硅胶块20顶面不同距离的多个传感器的原因是：

[0099] 通过100mm处压力传感器和加速度传感器得到的压力数据和加速度数值，与10mm处压力传感器和加速度传感器得到的压力数据和加速度数值进行比较，可以得出压力波和
加速度在硅胶块20内的传播规律，进而可以更准确得到硅胶块20迎波面处的压力波数据和
加速度数据。

[0100] 六个压力传感器和加速度传感器各自的连接电缆线穿过硅胶块20和聚氨酯泡沫40，从性能测试装置背波面引出，分别接入压力信号采集设备和加速度信号采集设备。

[0101] 变形约束结构10的底端外侧设有两片固定钢片，该固定钢片用于将性能测试装置固定在支撑架上，图2中所示固定位置处即为固定钢片。

[0102] 性能测试装置迎波面前方固定躯干防护结构，即，图2中的防护结构，其尺寸为截面积为228×228mm的多层板，其厚度可以由测试需要自行确定，一般情况下，通过绑带就可
以将躯干防护结构与性能测试装置固定在一起，之所以躯干防护结构的截面积小于硅胶块
20的截面积，是为了避免爆炸冲击波作用下硅胶块20发生变形，躯干防护结构与变形约束
结构10的内表面接触产生摩擦，影响最终的测量结果。

[0103] 基于上述测试装置，本发明实施例还提出一种躯干防护结构防爆炸冲击波性能的评价方法，该评价方法包括：通过压力指标、冲量指标和功率密度指标的结果对躯干防护结
构防爆炸冲击波的性能进行评价。

[0104] 其中，压力指标为第一评价指标，通过压力传感器直接采集获得，冲量指标为第二评价指标，通过压力传感器采集得到的数据经过运算获得，功率密度指标为第三评价指标，
通过压力传感器和加速度传感器分别采集得到的数据经过运算获得。

[0105] 具体的，压力指标通过压力传感器采集得到的压力信号p(t)直接获得；

[0106] 冲量指标通过压力信号p(t)经过运算获得，具体的计算公式如下：

[0107]

[0108] 其中：P为冲量指标的数值，t1、t2为压力传感器采集得到的压力信号的起始与结束时间，t为压力传感器采集得到的压力信号的持续作用时间；

[0109] 功率密度指标通过压力传感器采集得到的压力信号p(t)和加速度传感器采集得到的加速度信号a(t)经过运算获得，具体的计算公式如下：

[0110]

[0111] 其中：W(t)为功率密度指标的表达式，t1为加速度传感器采集得到的加速度信号的起始时间，t为压力传感器采集得到的压力信号的持续作用时间；

[0112] 压力指标的压力信号p(t)、冲量指标的数值P、功率密度指标的表达式W(t)反映爆炸冲击波经过躯干防护结构防护之后对人体躯干造成的损伤，进而评价躯干防护结构防爆
炸冲击波的性能。

[0113] 本发明实施例的一种躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置的制作方法包括：

[0114] 步骤1：以高为500毫米，截面积为230*230毫米，厚度为5毫米为尺寸制作变形约束结构10，变形约束结构10顶端开口、其余各端封闭，其底部设有开孔，底端外侧设有两片固
定钢片，固定钢片用于将整个性能测试装置固定在支撑架上；

[0115] 步骤2：在变形约束结构10结构的内部采用电化学方法进行阳极化,内表面上构筑纳米级片层多孔结构,使用二甲基硅油修饰后得到超润滑表面，用于保持硅胶块20与变形
约束结构之间的润滑度，以使得硅胶块20受爆炸冲击波横向形变时减小与变形约束结构之
间的摩擦力，硅胶块20由硅胶液固化而成，硅胶液直接注入变形约束结构10的内部，其截面
积为230*230毫米，高为280毫米；

[0116] 步骤3：在变形约束结构10的内部的底部放置截面积为230*230毫米，高为220毫米的聚氨酯泡沫块40，在聚氨酯泡沫块40上对应开孔处开设对应的孔，穿入电缆线，电缆线用
于连接压力传感器30和压力信号采集设备以及加速度传感器50和加速度信号采集设备；

[0117] 步骤4：将道康宁184硅胶的基本组分(组分A)和固化剂(组分B)按12.5:1的质量比例进行混合，搅拌均匀形成硅胶液，并置于真空箱内抽真空，将抽完真空的硅胶液注入变形
约束结构10内部并处于聚氨酯泡沫块40上方，使得硅胶液高度达到170毫米，硅胶块20的质
量比例是基于人体躯干皮肤的力学性能进行设计优化得到的，制备的硅胶块可真实反映躯
干皮肤在爆炸冲击波作用下的动态响应特性；

[0118] 步骤5：将压力传感器30和加速度传感器50连接电缆线后放置于硅胶液中，压力传感器30和加速度传感器50分别通过如图5所示的精确定位装置调整各自的位置，以使得压
力传感器30和加速度传感器50各自的感应面与硅胶液的液面之间存在预设距离，并保持与
硅胶液液面水平；

[0119] 步骤6：在固定好压力传感器30和加速度传感器50后，继续缓慢向变形约束结构10内注入硅胶液，使得硅胶液面与变形约束结构10的顶端平齐，并放置12小时，以使得硅胶液
固化形成硅胶块20，进而得到躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置。

[0120] 参照图5，示出了本发明实施例中定位装置的示意图，定位装置包括：支撑架、高度调节器和电磁铁；高度调节器分别与支撑架和电磁铁连接，用于通过电磁铁调节压力传感
器和加速度传感器在硅胶块20内的位置；电磁铁固定于高度调节器上，朝向硅胶块20的一
面安装有水平工作台，水平工作台的位置状态通过水平调节螺母(图5中未示出)进行调整，
并由两个垂直方向上的水准器(图5中未示出)进行表征，以使得水平工作台的工作面保持
水平状态。电磁铁通电时产生均匀磁场，使得压力传感器30和加速度传感器50被吸附在水
平工作台的工作面下方；支撑架用于支撑整个定位装置。

[0121] 精确定位装置在工作时，整个支撑架支撑高低调节器和电磁铁处于性能测试装置的上方，性能测试装置在制作到步骤4后，硅胶液液面高度170mm，此时为电磁铁通电，首先
将第三压力传感器的感应面和第三加速度传感器的感应面吸附在水平工作台的工作面下
方，再调整两者的位置，使两者的位置满足前述的图4中的尺寸；之后再调整高度调节器的
位置，下降高度调节器以使得第三压力传感器和第三加加速度传感器的感应面高出硅胶液
的液面10毫米，即，第三压力传感器和第三加加速度传感器的感应面位于180mm处；保持该
高度位置，待硅胶液达到半固化状态时，且同时其固化的程度可以符合支撑第三压力传感
器和第三加加速度传感器的条件，则可以为电磁铁断电；电磁铁断电后，第三压力传感器和
第三加速度传感器不再被吸附，但由于硅胶液处于半固化状态，可以保证第三压力传感器
和第三加速度传感器的位置不再变化。

[0122] 在电磁铁断电后，升高高度调节器的位置，使得电磁铁远离第三压力传感器和第三加速度传感器；继续缓慢向变形约束结构10内注入硅胶液，使得硅胶液高度达到260毫
米；再次为电磁铁通电，将第一、第二压力传感器和第一、第二加速度传感器各自的感应面
吸附在水平工作台的工作面下方，再调整四者的位置，使四者的位置满足前述的图3中的尺
寸；再次调整高度调节器的位置，下降其位置使得第一、第二压力传感器和第一、第二加速
度传感器的感应面高出硅胶液的液面10毫米；即，第一、第二压力传感器和第一、第二加速
度传感器的感应面位于270mm处；保持该高度位置，待硅胶液达到半固化状态时，且同时其
固化的程度可以符合支撑第一、第二压力传感器和第一、第二加速度传感器的条件，则可以
为电磁铁断电；电磁铁断电后，第一、第二压力传感器和第一、第二加速度传感器不再被吸
附，但由于硅胶液处于半固化状态，可以保证第一、第二压力传感器和第一、第二加速度传
感器的位置不再变化。最后升高高度调节器的位置，使得电磁铁远离第一、第二压力传感器
和第一、第二加速度传感器，这样就实现了六个压力传感器和加速度传感器在硅胶块20内
的固定。

[0123] 需要说明的是，本发明实施例中，针对软物质内压力和加速度的精确测量技术，其涉及到的在类皮肤软物质块内的传感器选择、定位方式(精确定位装置和浇筑过程相结合)
与布置形式的相关方法，可以拓展到对一般可通过浇筑形式制备的软物质进行应用，以研
究压力波和加速度在软物质内的大小、传播过程和动态演化规律，从根本上解决了软物质
中压力与加速度难以测量的难题。

[0124] 本发明实施例的一种检测躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置的有效性的方法，包括：

[0125] 步骤1：将躯干防护结构固定于硅胶块20的迎波面上，形成整体测试装置，其中，躯干防护结构的横截面尺寸为228*228mm，略小于硅胶块20的横截面尺寸，以避免固定躯干防
护结构存在误差时，变形约束结构10的边框对实验结果造成影响；

[0126] 步骤2：将整体测试装置固定在支撑架上并依次摆放在以爆炸中心为圆心的圆周上，其半径可以根据爆炸冲击波载荷的需要进行选择，例如：半径为3.8米的圆周上，保持整
体测试装置和爆炸中心处在同一水平面上，并距离地面高度为2米，将整体测试装置的迎波
面正面朝向爆炸中心，以使得爆炸中心爆炸产生的球面冲击波垂直作用到迎波面上；例如：
参照图6所示，示出了本发明实施例中整体测试装置的摆放示意图，图6中，爆炸中心为炸
药，两个整体测试装置摆放在半径为3.8米的圆周上；

[0127] 步骤3：引爆爆炸中心，爆炸中心爆炸产生的爆炸冲击波通过躯干防护结构后，进入硅胶块20内，到达压力传感器感应面和加速度传感器感应面，其形成的压力数据被压力
传感器感应到，加速度数据被加速度传感器感应到，并通过各自的电缆线传输给压力信号
采集设备和加速度采集设备；

[0128] 步骤4：通过上述的评价方法，可以对比不同躯干防护结构存在时，压力指标、冲量指标和功率密度指标的关系，从而得到不同躯干防护结构防爆炸冲击波性能的防护性能结
果，该防护性能结果表征了躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置有效的检测出躯干
防护结构的防护性能。

[0129] 参照图7，示出了本发明实施例中第一压力传感器实际测试的硅胶块20中的压力数据曲线图，图7中横轴表示时间，单位为毫秒(ms)，纵轴表示经过躯干防护结构防护后的
爆炸冲击波对人体躯干(硅胶块20)所产生的压力数据，单位为兆帕(MPa)。需要说明的是，
图7反应的只是第一压力传感器的实测数据曲线图，并不是全部测试数据曲线图。

[0130] 由此可知，相对于无防护结构，有防护结构(即躯干防护结构)存在时，压力数据的波形的上升段明显变得更为平缓，压力数据的曲线为典型的冲击载荷作用下的缓冲曲线，
由此可知，本发明实施例的躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置测量得到的波形可
以有效反映躯干防护结构防护爆炸冲击波的性能，也表明该躯干防护结构防护爆炸冲击波
性能测试装置是合理可行的，其作为躯干防护结构防护爆炸冲击波性能的有效测试手段，
是行之有效的。

[0131] 通过本发明实施例的躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置、评价、制作方法、以及检测其有效性的方法，可以模拟出人体在穿戴躯干防护结构之后，处于爆炸冲击波
的冲击环境下，人体结构内部受爆炸冲击波而产生的压力数据，根据上述数据表明本发明
实施例的躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置可以准确的得到压力数据，其作为躯
干防护结构防护爆炸冲击波性能的有效测试手段。

[0132] 综上所述，本发明实施例的躯干防护结构防护爆炸冲击波性能测试的装置，利用类皮肤软物质块的力学响应与人体皮肤组织接近的特性近似模拟人体躯干结构，变形约束
结构与缓冲层为类皮肤软物质块提供合理的边界条件，以使得测量出的压力波形和加速度
波形更精确反映躯干防护结构防爆炸冲击波的性能，精确定位装置与制备方法保证类皮肤
软物质块中压力传感器与加速度传感器的感应面严格垂直于冲击波的传播方向，利用压力
传感器和加速度传感器测量得到类皮肤软物质块受爆炸冲击波作用而产生的压力和加速
度，从而实现了精确测试出经过躯干防护结构防护后的爆炸冲击波所产生的压力数据和加
速度数据，即，相当于精确测试出经过躯干防护结构防护后的爆炸冲击波对人体躯干表面
所产生的压力数据和加速度数据。结合发展的评价方法，基于该压力数据与加速度数据可
以获得压力指标、冲量指标和功率密度指标，这些评价指标可对躯干防护结构防爆炸冲击
波的性能进行评价，由此可以准确得出躯干防护结构防爆炸冲击波的性能，本发明的性能
测试装置作为躯干防护结构防护爆炸冲击波性能的有效测试手段，具有重要的价值和广泛
的应用前景。

[0133] 还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间
存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵
盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法不仅包括那些要素，而且还包括
没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法所固有的要素。

[0134] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心
思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围
上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。