一種固體炸藥爆炸當量測試系統及測試方法

本發明涉及炸藥，尤其涉及一種固體炸藥爆炸當量測試系統及測試方法。

背景技術：

1、“梯恩梯（tnt）當量”在炸藥工程中廣泛使用，用來比較特定炸藥和tnt的爆炸效果。tnt炸藥的爆炸特性已經被學術和工程領域所熟知，tnt當量基本上是一種標準化技術，就是將所考慮的炸藥的重量與產生等量爆炸效應的tnt的重量聯系起來。這樣做的目的一方面，可依據tnt炸藥的爆炸特性預測裝填不同炸藥的爆轟效果（如爆炸波、爆炸范圍和結構響應等），進而有助于優化炸藥設計；另一方面，tnt當量是防爆設施的選址和設計的重要依據，炸藥的運輸、處理和存儲等相關法規多依據tnt爆炸當量設定。因此，準確評估不同炸藥的tnt爆炸當量，對于其實際應用和安全評估等方面具有重要意義。

2、tnt爆炸當量是指與待測炸藥產生相同爆炸效果的tnt質量除以待測炸藥質量，當量計算的依據主要是爆炸效果，目前主要靠實驗手段進行測試。炸藥主要由燃料和氧化劑兩種成分組成，能量的釋放機制取決于化學反應的速率。有些方法測量的是爆炸過程中釋放的總能量，而有些方法測量的是爆炸超壓而不包括能量的釋放，因此所得到的tnt爆炸當量對于不同的方法是不恒定的，tnt爆炸當量值隨著炸藥的幾何形狀、實驗條件和炸藥裝藥到觀測點的距離不同而變化。

3、tnt爆炸當量的評估核心就是爆炸效應的選取和等效以及相應的實驗與計算方法。目前tnt爆炸當量是通過幾種不同類型的試驗來確定的，其中最常見的試驗包括：金屬板凹痕、爆炸拋沙、沖擊擺和空中爆炸。其中前三種方法選取的爆炸效應值只與炸藥的爆速爆壓直接相關，不能體現不同距離上的炸藥爆炸當量變化情況；而空中爆炸實驗是通過炸藥對空氣做功體現的，雖然能夠通過超壓和沖量測量計算不同距離下的tnt爆炸當量，但實驗條件受環境影響較大，測試結果不穩定，并且受場地條件限制以及重復實驗成本制約，無法獲取大范圍比例距離條件下的沖擊波超壓結果，制約了炸藥爆炸當量評價的客觀性和適用性。

4、因此，需要提供一種固體炸藥爆炸當量測試系統及測試方法，實現對固體炸藥不同距離上的爆炸當量的等效tnt爆炸當量評估。

技術實現思路

1、鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種固體炸藥爆炸當量測試系統及測試方法，用以解決固體炸藥爆炸tnt爆炸當量難以準確評估的問題，并克服現有爆炸當量評估方法易受復雜環境影響及成本過高的不足。

2、本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

3、一種固體炸藥爆炸當量測試系統，包括：計算機、數據采集儀、模塊化試驗臺和多個壓力傳感器；所述模塊化試驗臺用于作為待測炸藥爆炸的工作臺，同時所述模塊化試驗臺上安裝多個壓力傳感器，多個壓力傳感器用于監測待測炸藥起爆后爆炸沖擊波在不同距離的壓力數據；多個壓力傳感器同時與數據采集儀連接，所述數據采集儀用于采集并記錄所述壓力傳感器采集到的壓力數據，并能夠將壓力數據傳遞至計算機進行處理；

4、所述模塊化試驗臺為矩形試驗臺或者扇形試驗臺；

5、所述矩形試驗臺，包括：測試支架、炸藥支架、支撐板、緩沖層和工作臺；所述測試支架的上方依次層疊設置支撐板、緩沖層和工作臺；多個壓力傳感器嵌套安裝在所述支撐板、緩沖層和工作臺中，且炸藥支架用于托舉待測炸藥；

6、所述扇形試驗臺，包括：扇形測試支架、炸藥支架和傳感器定位組件；所述炸藥支架設置在所述扇形測試支架的圓心位置；所述傳感器定位組件設置有多組，且多組傳感器定位組件呈放射狀由近及遠安裝在扇形測試支架上，且每組傳感器定位組件上安裝至少一個壓力傳感器。

7、進一步地，所述炸藥支架設置在測試支架的下方，且高度可調；所述支撐板、緩沖層和工作臺上均陣列設置多個傳感器安裝孔，所述壓力傳感器嵌套安裝在所述傳感器安裝孔中；所述支撐板和緩沖層上分別設置有第一托盤過孔和第二托盤過孔；所述炸藥支架上端的炸藥托盤設置在第一托盤過孔和第二托盤過孔中，且炸藥托盤用于放置待測炸藥；所述工作臺上還設置有炸藥安裝孔，待測炸藥位于所述炸藥安裝孔中。

8、進一步地，所述測試支架包括：支架立柱和拼接支撐臺；所述拼接支撐臺水平設置；所述支架立柱垂直設置在拼接支撐臺的下方，所述拼接支撐臺為矩形柵格形狀的桁架結構；所述支撐板、緩沖層和工作臺均為多個矩形模塊拼接形成。

9、進一步地，所述扇形測試支架包括：扇形的上定位板、扇形的下定位板和支撐結構；所述支撐結構支撐在上定位板和下定位板之間；所述上定位板上設置多條沿其徑向分布的定位卡槽；所述下定位板上設置有多條沿其徑向分布的定位輻條；所述傳感器定位組件豎直設置，且其下端滑動安裝在所述定位輻條上，上端滑動設置在所述定位卡槽中；所述扇形測試支架還包括：扇形蓋板；所述扇形蓋板上設置多個通孔，且所述扇形蓋板設置在所述上定位板的上方；所述傳感器定位組件的上端凸出于所述上定位板，且嵌套安裝在所述扇形蓋板的通孔中。

10、進一步地，所述傳感器定位組件包括：上定位環、緩沖環、下定位環、支撐豎管和定位卡塊；所述上定位環、緩沖環、下定位環自上而下依次設置，且壓力傳感器嵌套安裝在上定位環、緩沖環、下定位環的內部；支撐豎管（804）焊接在下定位環和定位卡塊之間；所述定位卡塊滑動套裝在定位輻條的外部；定位卡塊的側面安裝第二緊固螺釘，通過旋緊或旋松所述第二緊固螺釘能夠使所述定位卡塊在定位輻條上卡緊或滑動。

11、一種固體炸藥爆炸當量的測試方法，采用固體炸藥爆炸當量測試系統進行測試；所述測試方法包括：

12、步驟s1：制定實驗方案：確定待測炸藥的藥量、炸藥形狀、炸藥高度以及爆破位置；確定壓力傳感器的數量和量程；

13、步驟s2：開展爆炸測試；

14、步驟s3：記錄測點沖擊波壓力數據，并根據測點沖擊波壓力數據繪制沖擊波無量綱壓力曲線；

15、步驟s4：計算待測炸藥的tnt爆炸當量e：通過超壓等效原則，計算得到待測炸藥的爆炸tnt炸藥的質量mtnt，以及待測炸藥的爆炸效應的tnt爆炸當量e。

16、進一步地，所述步驟s2中，開展爆炸測試的方法包括：

17、步驟s21：開展模塊化試驗臺加工、組裝，并安裝待測炸藥和壓力傳感器；

18、步驟s22：開展爆炸測試，通過壓力傳感器記錄各個測點的沖擊波壓力數據：

19、步驟s23：通過多個壓力傳感器測量不同位置隨爆炸時間變化的沖擊波超壓曲線和峰值超壓最大值pmax，并計算各個測點的無量綱壓力pmax/patm。

20、進一步地，所述步驟3包括：

21、步驟s31：根據所述步驟s23中獲得的各個測點的無量綱壓力pmax/patm，將多個測點的壓力數據擬合后得到待測炸藥的無量綱壓力曲線；

22、步驟s32：繪制tnt炸藥的無量綱壓力曲線圖；

23、步驟s33：將所述步驟s31中得到的待測炸藥的無量綱壓力曲線與所述步驟s32中的tnt炸藥的無量綱壓力曲線進行對比，得到二者的對比圖；若兩條曲線重合，說明待測炸藥的爆炸沖擊波當量與tnt炸藥的爆炸沖擊波當量具有恒定的對應關系，不隨比例距離的變化而變化；若兩條曲線不重合，則待測炸藥的沖擊波當量與tnt炸藥的沖擊波當量的對應關系不是恒定的。

24、進一步地，所述步驟s4中，根據超壓等效原則，通過下述公式1-公式3計算tnt爆炸當量e；

25、????????????公式1；

26、??????????????????公式2；

27、????????????????????????公式3；

28、所述公式1-公式3中：z為tnt炸藥對應的比例距離；pmax/patm為等效無量綱壓力；patm為標準大氣壓；pmax為壓力傳感器測得的對應測試點的沖擊波壓力最大值；r為炸藥中心到壓力測試點的距離；m為待測炸藥質量；mtnt為測試點爆炸當量對應的tnt質量；e為tnt爆炸當量。

29、進一步地，所述步驟s4中，計算待測炸藥的tnt爆炸當量e的方法為：

30、步驟s41：根據步驟s3中獲得的待測炸藥的無量綱壓力pmax/patm，并通過公式1計算對應的tnt炸藥的比例距離z；

31、步驟s42：根據公式2和所述步驟s41中得到的tnt炸藥的比例距離z，計算tnt質量mtnt；

32、步驟s43：根據公式3和所述步驟s42中得到的tnt質量mtnt，計算待測炸藥的爆炸效應在該測試點位置的tnt爆炸當量e；

33、重復上述步驟s41-步驟s43，計算不同測試點對應的tnt爆炸當量e，即可得到待測炸藥的tnt爆炸當量e隨距離的變化。

34、本發明技術方案至少能夠實現以下效果之一：

35、1.?本發明的固體炸藥爆炸當量測試系統，通過在模塊化試驗臺上安裝多組壓力傳感器，能夠對固體炸藥不同距離的沖擊波壓力數據進行監測和記錄，進而通過測得的沖擊波壓力數據計算對應測點的無量綱壓力；本發明通過設置多個測點監測同一距離的壓力數據，保證測試結果的準確度。

36、2.?本發明的固體炸藥爆炸當量測試系統，采用模塊化設計，能夠根據不同炸藥的測試需求，靈活調整模塊化測試臺的大小和壓力傳感器的數量和安裝位置；進而能夠實現對不同距離的壓力數據的測試，適用于不同類型的固體炸藥的測試。

37、3.?本發明的固體炸藥爆炸當量的測試方法，通過壓力傳感器監測待測炸藥起爆后不同距離的沖擊波壓力數據，并利用等效壓力原則，計算出對應測試點的爆炸沖擊能量對應的tnt炸藥的質量mtnt和tnt爆炸當量e，能夠將固體的炸藥在不同距離的爆炸能量轉換為對應地tnt炸藥質量mtnt進行表征，能夠實現對炸藥爆轟范圍內在不同距離的做功能力進行準確表征，在實際生產應用中，方便對照行業標準或者安全生產作業的要求，進而能夠簡化作業流程，提高生產效率。

38、4.本發明的固體炸藥爆炸當量的測試方法，能夠對不同類型的固體炸藥或復合裝藥進行測試，僅需要對應調整模塊化試驗臺的結構參數和壓力傳感器的數量和量程既可，使用方便。

39、本發明中，上述各技術方案之間還可以相互組合，以實現更多的優選組合方案。本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優點可從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過說明書以及附圖中所特別指出的內容中來實現和獲得。