本發(fā)明屬于爆炸力學(xué)與力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量不同種類(lèi)、不同尺寸的材料在水下爆炸沖擊波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和測(cè)量材料的基本力學(xué)性能參數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

海洋工程結(jié)構(gòu)通常在海水腐蝕、高低溫、瞬態(tài)沖擊荷載等惡劣環(huán)境下工作，承受的主要沖擊載荷包括碰撞、三維流體載荷作用等。此外，艦船結(jié)構(gòu)還面臨武器打擊威脅，須應(yīng)對(duì)來(lái)自于水面和水下的爆炸沖擊波載荷作用。

水下爆破會(huì)突然釋放出大量能量,從而生成沖擊波和大量高溫高壓氣泡。人們很早就開(kāi)始了水下爆破荷載及其傳播過(guò)程的研究。hilliar總結(jié)了19世紀(jì)末期一些水下爆破試驗(yàn),并嘗試測(cè)量爆破荷載作用下水中的壓強(qiáng)(experimentintheunderwaterexplosivestretchformingofclampedcircularblanks.1966)，與在空氣和巖體中的爆破的最明顯不同在于,水下爆破沖擊波超壓峰值高、衰減慢、波及范圍廣,對(duì)鄰近的水中結(jié)構(gòu)的破壞效應(yīng)比陸上嚴(yán)重。

目前，對(duì)于水下爆炸沖擊波作用在海洋結(jié)構(gòu)物上的實(shí)驗(yàn)研究較少，目前分析水下結(jié)構(gòu)受爆炸沖擊波作用后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)主要局限于經(jīng)驗(yàn)法、解析法和數(shù)值法三大類(lèi)。經(jīng)驗(yàn)法是根據(jù)一些標(biāo)準(zhǔn)沖擊曲線(xiàn),如半正弦波、梯形波、三角波等,進(jìn)行沖擊試驗(yàn),得到一些經(jīng)驗(yàn)公式及圖表來(lái)估算結(jié)構(gòu)的沖擊加速度響應(yīng)；此法簡(jiǎn)單,但精度差,不適合要求較高的場(chǎng)合；解析法是詳細(xì)分析水下結(jié)構(gòu)受爆炸沖擊后的表面接收壓力,再分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；此法精度高,但只適用于結(jié)構(gòu)及邊界幾何形狀較規(guī)則簡(jiǎn)單的問(wèn)題,如球殼、無(wú)限長(zhǎng)圓柱殼和橢球殼等；用經(jīng)驗(yàn)法和解析法來(lái)精確求解水下復(fù)雜結(jié)構(gòu)受爆炸沖擊波作用后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是非常困難的,而采用數(shù)值方法能很好地解決此類(lèi)問(wèn)題，理論上講,數(shù)值模擬可以包括幾乎整個(gè)爆炸過(guò)程、地震波及沖擊波傳播過(guò)程(近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng))。

在爆炸沖擊效應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域主要的數(shù)值模擬方法包括有限單元法、有限差分法、有限體積法、無(wú)網(wǎng)格法等。有限差分方法和動(dòng)力有限元方法的發(fā)展已經(jīng)較為成熟,是目前沖擊荷載作用下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值計(jì)算中應(yīng)用最多的兩種方法，如胡剛義基于flugge薄殼理論建立了圓柱殼與水之問(wèn)流固耦合關(guān)系,采用有限差分方法求解了平面入射水下爆破荷載作用下無(wú)限長(zhǎng)復(fù)合材料圓柱層合殼的運(yùn)動(dòng)微分方程(水下沖擊載荷作用下復(fù)合材料圓柱殼的彈性響應(yīng).2010)。當(dāng)結(jié)構(gòu)為不連續(xù)介質(zhì)時(shí),人們又發(fā)展了離散元方法、有限塊體法、數(shù)值流形法等來(lái)解決此類(lèi)問(wèn)題，但由于缺少必要的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證很難證明上述方法的準(zhǔn)確性。因而，通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段研究海洋結(jié)構(gòu)物和材料在水下爆炸沖擊波載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和抗沖擊作用顯得尤為重要。

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)手段集中在水池爆炸實(shí)驗(yàn)和等效靶板實(shí)驗(yàn)，由于傳統(tǒng)爆炸實(shí)驗(yàn)的可控性差、效率低、成本高、危險(xiǎn)系數(shù)高、對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求高等缺點(diǎn)，同時(shí)等效靶板實(shí)驗(yàn)欲達(dá)到實(shí)際水下爆炸的效果也具有一定的難度，因而設(shè)計(jì)一種測(cè)量材料在水下爆炸作用下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置將具有重要的工程意義，對(duì)研究海洋結(jié)構(gòu)物材料結(jié)構(gòu)在水下爆炸在沖擊波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及其抗爆抗沖擊性能具有至關(guān)重要的應(yīng)用價(jià)值。

目前，美國(guó)西北大學(xué)、佐治亞理工大學(xué)以及國(guó)內(nèi)的北京理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京理工大學(xué)等學(xué)校分別進(jìn)行了水下爆炸等效加載實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與研究，取得了一定的進(jìn)展。但由于對(duì)于實(shí)際水下爆炸實(shí)驗(yàn)裝置的研究與設(shè)計(jì)具有一定的難度，水下爆炸實(shí)驗(yàn)裝置的研究相對(duì)較少，所以有必要發(fā)明一種可以簡(jiǎn)單快捷地測(cè)量結(jié)構(gòu)材料在水下爆炸沖擊波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量不同種類(lèi)、不同尺寸的材料在水下爆炸沖擊波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和測(cè)量材料的基本力學(xué)性能參數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種測(cè)量材料在水下爆炸作用下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，包括水箱系統(tǒng)1、測(cè)力底座系統(tǒng)2、測(cè)量系統(tǒng)3、力學(xué)性能參數(shù)未知的待測(cè)材料和力學(xué)性能參數(shù)已知的參考材料，其中水箱系統(tǒng)1包括吊耳1-1、無(wú)蓋水箱1-2、水箱支撐板1-3、水箱支架1-4；測(cè)力底座系統(tǒng)2包括試樣平臺(tái)2-1、防水帽支架2-2、防水帽2-3、升降桿2-4、彈性敏感元件連接座2-5、螺母扳手盤(pán)2-6、升降螺母2-7、底座套筒2-8、鍵2-9、底座支架2-10；測(cè)量系統(tǒng)3包括應(yīng)變片3-1、彈性敏感元件3-2和應(yīng)變儀3-3，所述的待測(cè)材料和參考材料的長(zhǎng)寬高全部相同，待測(cè)材料或參考材料穿過(guò)圓孔放置在試樣平臺(tái)2-1的中心位置；試樣平臺(tái)2-1與四個(gè)彈性敏感元件連接座2-5之間等間隔地依次安裝4個(gè)彈性敏感元件3-2，彈性敏感元件3-2的外表面上貼有應(yīng)變片3-1；升降桿2-4的外表面具有螺紋結(jié)構(gòu)，待測(cè)材料或參考材料的上表面與無(wú)蓋水箱1-2底板的下表面位于同一水平面。

所述的無(wú)蓋水箱1-2、水箱支撐板1-3、待測(cè)材料或參考材料、試樣平臺(tái)2-1、防水帽2-3、防水帽支架2-2、升降桿2-4、彈性敏感元件3-2、底座套筒2-8、鍵2-9、底座支架2-10從上到下依次放置且重心在同一個(gè)軸線(xiàn)上。

所述的待測(cè)材料或參考材料的力學(xué)性能是指材料在各種載荷作用下表現(xiàn)出來(lái)的抵抗力，包括強(qiáng)度、塑性、韌性和強(qiáng)度。

所述的無(wú)蓋水箱1-2的底板與水箱支撐板1-3的中間位置處分別有一個(gè)圓孔，兩個(gè)圓孔大小形狀相同，待測(cè)材料或參考材料的直徑小于圓孔的直徑。

所述的吊耳1-1安置在無(wú)蓋水箱1-2外壁上，吊耳1-1位于同一高度且吊耳1-1的數(shù)量至少為3個(gè)。

所述的吊耳1-1通過(guò)懸掛線(xiàn)與炸藥相連，炸藥是薄片炸藥，炸藥水平居中的放置在無(wú)蓋水箱1-2內(nèi)部的某一位置處，炸藥入水深度大于水箱支撐板1-3的高度且小于無(wú)蓋水箱1-2的高度、每次實(shí)驗(yàn)所用的炸藥的大小和質(zhì)量均相同。

所述的彈性敏感元件3-2的外側(cè)安裝了防水帽2-3。

所述的升降桿2-4的下半段有兩條溝槽，兩個(gè)溝槽以中軸線(xiàn)為中心間隔180度，兩個(gè)與溝槽同寬度的孔洞分別位于底座套筒2-8中間偏下位置，兩個(gè)孔洞以中軸線(xiàn)為中心間隔180度，兩個(gè)大小和形狀相同的鍵2-9分別位于兩個(gè)孔洞中。

所述的無(wú)蓋水箱1-2底板中央的圓孔與待測(cè)材料或參考材料中間放置一張與待測(cè)材料或參考材料大小相同的防水薄膜。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提出了一種測(cè)量材料在水下爆炸作用下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)調(diào)整試樣平臺(tái)2-1的高度讓待測(cè)材料或參考材料的上表面與無(wú)蓋水箱1-2底板位于同一水平面，在實(shí)驗(yàn)時(shí)首先對(duì)參考材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，參考材料采用已知力學(xué)性能參數(shù)的材料，且參考材料與待測(cè)材料的尺寸一樣，然后對(duì)待測(cè)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將兩次實(shí)驗(yàn)采集到的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比得到待測(cè)材料在水下爆炸沖擊波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及待測(cè)材料基本的力學(xué)性能參數(shù)。該實(shí)驗(yàn)裝置能真實(shí)模擬不同材料對(duì)水下爆炸沖擊波的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)水下爆炸實(shí)驗(yàn)相比具有應(yīng)用范圍廣、操作簡(jiǎn)單方便的優(yōu)點(diǎn)，在能達(dá)到相同目的的情況下極大的降低了實(shí)驗(yàn)成本。同時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)升降桿2-4可以實(shí)現(xiàn)試樣平臺(tái)2-1的上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同尺寸材料在水下爆炸沖擊波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為測(cè)力底座系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1

一種測(cè)量材料在水下爆炸作用下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置通過(guò)引爆無(wú)蓋水箱1-2中薄片炸藥產(chǎn)生近似水下爆炸沖擊平面波，并在試樣平臺(tái)2-1上布置待測(cè)材料，從而可測(cè)量多種材料在水下爆炸作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。該實(shí)驗(yàn)裝置包括水箱系統(tǒng)1、測(cè)力底座系統(tǒng)2、測(cè)量系統(tǒng)3、力學(xué)性能參數(shù)未知的待測(cè)材料和力學(xué)性能參數(shù)已知的參考材料，該實(shí)驗(yàn)裝置與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)水下爆炸實(shí)驗(yàn)相比具有簡(jiǎn)單方便的優(yōu)點(diǎn)，在能達(dá)到相同目的的情況極大的降低了實(shí)驗(yàn)成本，同時(shí)，該裝置的試樣平臺(tái)2-1的高度可調(diào)，從而能夠?qū)Χ喾N尺寸的結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

針對(duì)現(xiàn)有水下爆炸實(shí)驗(yàn)裝置的空缺與現(xiàn)有相關(guān)水下爆實(shí)驗(yàn)裝置的局限性，本發(fā)明提出了一種測(cè)量材料在水下爆炸作用下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多種結(jié)構(gòu)材料水下爆炸作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的測(cè)量及抗爆性能的研究。

所述水箱系統(tǒng)1與測(cè)力底座系統(tǒng)2豎直方向同軸心布置，測(cè)力底座系統(tǒng)2布置在無(wú)蓋水箱1-2正下方，測(cè)力底座系統(tǒng)2的底座支架2-10與水箱支架1-4布置在同一水平工作臺(tái)上。該實(shí)驗(yàn)裝置在實(shí)驗(yàn)時(shí)首先對(duì)參考材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，參考材料采用已知力學(xué)性能參數(shù)的鋁合金材料，且參考材料與待測(cè)材料的尺寸保持一致，然后對(duì)待材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量彈性敏感元件3-2的透射波信號(hào)，將兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比可知待測(cè)材料在水下爆炸沖擊波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及待測(cè)材料的基本力學(xué)性能參數(shù)。

所述水箱系統(tǒng)1包括吊耳1-1、無(wú)蓋水箱1-2、水箱支撐板1-3、水箱支架1-4。無(wú)蓋水箱1-2通過(guò)螺栓固定在水箱支撐板1-3上，水箱支撐板1-3與無(wú)蓋水箱1-2底板分別開(kāi)有相同尺寸的圓孔，參考材料或待測(cè)材料依次穿過(guò)兩個(gè)圓孔并放置在試樣平臺(tái)2-1上表面的中心位置，水箱支撐板1-3通過(guò)螺栓與水箱支架1-4固定連接。

所述測(cè)力底座系統(tǒng)2包括試樣平臺(tái)2-1、防水帽支架2-2、防水帽2-3、升降桿2-4、彈性敏感元件連接座2-5、螺母扳手盤(pán)2-6、升降螺母2-7、底座套筒2-8、鍵2-9、底座支架2-10。試樣平臺(tái)2-1與彈性敏感元件連接座2-5之間均勻布置了四個(gè)彈性敏感元件3-2，通過(guò)螺栓將彈性敏感元件3-2固定在試樣平臺(tái)2-1與彈性敏感元件連接座2-5之間，在彈性敏感元件連接座2-5上通過(guò)螺栓固定安裝了防水帽支架2-2，用于支撐防水帽2-3。升降桿2-4上端與彈性敏感元件連接座2-5中心通過(guò)螺栓固定連接，下端安裝在底座套筒2-8中，在底座套筒2-8中間偏上位置左右對(duì)稱(chēng)布置了2個(gè)可調(diào)節(jié)升降桿高度的升降螺母2-7，升降螺母2-7的外表面上左右對(duì)稱(chēng)布置了2個(gè)螺母扳手盤(pán)2-6，底座套筒2-8外表面上呈軸對(duì)稱(chēng)分布地布置了3個(gè)底座支架2-10。

本發(fā)明還包含這樣一些特征：

1.在無(wú)蓋水箱1-2同一高度的外壁上焊有均勻分布的6個(gè)吊耳1-1，用于懸掛炸藥，實(shí)驗(yàn)中所用的炸藥為薄片炸藥。

2.無(wú)蓋水箱1-2底板與水箱支撐板1-3中心分別有相同直徑的2個(gè)圓孔，材料穿過(guò)兩個(gè)圓孔放置在試樣平臺(tái)2-1的上表面上，材料的上表面與無(wú)蓋水箱1-2底板位于同一個(gè)水平線(xiàn)上。

3.彈性敏感元件連接座2-5設(shè)有含螺紋的升降桿2-4，通過(guò)旋轉(zhuǎn)升降螺母2-7，可實(shí)現(xiàn)升降桿2-7的升降調(diào)節(jié)，從而改變?cè)嚇悠脚_(tái)2-1與無(wú)蓋水箱1-2底板的高度差，由此實(shí)現(xiàn)測(cè)量多種尺寸材料在水下爆炸沖擊波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

4.水箱支撐板1-3下方布置了三個(gè)呈軸對(duì)稱(chēng)分布的水箱支架1-4，測(cè)力底座系統(tǒng)1布置在無(wú)蓋水箱1-2中心位置的正下方，升降桿2-4安裝在底座套筒2-8中，底座套筒2-8被呈軸對(duì)稱(chēng)分布的底座支架2-10固定，底座支架2-10與水箱支架1-4均固定在水平地面上。

5.在試樣平臺(tái)2-1下面的彈性敏感元件3-2的外側(cè)布置了防水帽2-3，可防止實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)水箱中流下的水對(duì)測(cè)量造成影響。

6.升降桿2-4下半段呈對(duì)稱(chēng)分布的設(shè)置兩條溝槽，并在底座套筒2-8中間偏下位置呈對(duì)稱(chēng)分布的設(shè)置兩個(gè)與溝槽同寬度的孔洞，通過(guò)在兩個(gè)孔洞上安裝鍵2-9來(lái)限制升降桿2-4的周向運(yùn)動(dòng)，使升降桿2-4只能沿豎直方向做升降運(yùn)動(dòng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明相比其他已有相關(guān)發(fā)明有明顯的技術(shù)改進(jìn)和提升。本發(fā)明裝置主要包括水箱系統(tǒng)1、測(cè)力底座系統(tǒng)2和測(cè)量系統(tǒng)3。該實(shí)驗(yàn)裝置在實(shí)驗(yàn)時(shí)首先對(duì)參考材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，參考材料采用已知力學(xué)性能參數(shù)的鋁合金材料，且參考試樣與待測(cè)材料的尺寸保持一致，然后對(duì)待測(cè)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量彈性敏感元件3-2上的透射波信號(hào)，將兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比可知待測(cè)材料在水下爆炸沖擊波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及基本的力學(xué)性能參數(shù)。該裝置操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、適用性廣，可以實(shí)現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)材料、多尺寸情況下水下爆炸沖擊作用的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能分析。

參見(jiàn)附圖2-4，一種測(cè)量材料在水下爆炸作用下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，包括水箱系統(tǒng)1、測(cè)力底座系統(tǒng)2、測(cè)量系統(tǒng)3、力學(xué)性能參數(shù)未知的待測(cè)材料和力學(xué)性能參數(shù)已知的鋁合金參考材料，其中水箱系統(tǒng)1包括吊耳1-1、無(wú)蓋水箱1-2、水箱支撐板1-3、水箱支架1-4；測(cè)力底座系統(tǒng)2包括試樣平臺(tái)2-1、防水帽支架2-2、防水帽2-3、升降桿2-4、彈性敏感元件連接座2-5、螺母扳手盤(pán)2-6、升降螺母2-7、底座套筒2-8、鍵2-9、底座支架2-10；測(cè)量系統(tǒng)3包括應(yīng)變片3-1、彈性敏感元件3-2和應(yīng)變儀3-3，

該裝置的具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1)裝置在不工作時(shí)，無(wú)蓋水箱1-2中不添加水，升降桿2-4處于其最低位置。實(shí)驗(yàn)前，首先對(duì)鋁合金參考材料和待測(cè)材料的上下表面進(jìn)行平整處理并對(duì)兩種材料的尺寸進(jìn)行測(cè)量，選擇尺寸完全相同的兩種材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并首先對(duì)上下表面平整的鋁合金參考材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將鋁合金參考材料放在試樣平臺(tái)2-1的中心位置，旋轉(zhuǎn)螺母扳手盤(pán)2-6調(diào)整鋁合金參考材料的高度，直至鋁合金參考材料上表面與無(wú)蓋水箱1-2底板的下表面處于同一高度，然后利用防水薄膜將圓孔與鋁合金參考材料隔開(kāi)，防止實(shí)驗(yàn)前水從圓孔中流出。

(3)向無(wú)蓋水箱1-2內(nèi)注水，通過(guò)吊耳1-1懸掛薄片炸藥，調(diào)整懸掛線(xiàn)長(zhǎng)度，確保薄片炸藥水平居中的處于水中。

(4)開(kāi)啟測(cè)量系統(tǒng)3，準(zhǔn)備收集數(shù)據(jù)。

(5)通過(guò)引線(xiàn)引爆薄片炸藥并收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(6)對(duì)待測(cè)材料重復(fù)過(guò)程過(guò)程(2)-(5)，兩次試驗(yàn)采用的薄片炸藥的規(guī)格一致，通過(guò)將兩次的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到待測(cè)材料在水下爆炸沖擊波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及待測(cè)材料的力學(xué)性能參數(shù)。

(7)關(guān)閉測(cè)量系統(tǒng)3，清除實(shí)驗(yàn)裝置中的余水。

實(shí)施例2

如圖1-4所示，是一種測(cè)量材料在水下爆炸作用下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，包括水箱系統(tǒng)1、測(cè)力底座系統(tǒng)2、測(cè)量系統(tǒng)3、力學(xué)性能參數(shù)未知的待測(cè)材料和力學(xué)性能參數(shù)已知的參考材料，其中待測(cè)材料和參考材料的尺寸即長(zhǎng)寬高相同，待測(cè)材料和參考材料的上下表面實(shí)驗(yàn)前經(jīng)過(guò)平整處理。

如圖2所示，是水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，水箱系統(tǒng)1包括吊耳1-1、無(wú)蓋水箱1-2、水箱支撐板1-3、水箱支架1-4。所述的無(wú)蓋水箱1-2的底板與水箱支撐板1-3的中間位置分別有一個(gè)圓孔，待測(cè)材料和參考材料的直徑小于圓孔的直徑，待測(cè)材料或參考材料穿過(guò)兩個(gè)圓孔放置在試樣平臺(tái)2-1上表面的正中心位置；無(wú)蓋水箱1-2、水箱支撐板1-3、水箱支架1-4從上到下通過(guò)螺栓固定連接且水箱支撐板1-3下方布置了6個(gè)呈軸對(duì)稱(chēng)分布的水箱支架1-4，測(cè)力底座系統(tǒng)2位于水箱系統(tǒng)1的正下方，；圓孔與待測(cè)材料或參考材料中間放置一張與待測(cè)材料或參考材料大小相同的防水薄膜，防水薄膜防止實(shí)驗(yàn)前水從圓孔中流出；吊耳1-1位于無(wú)蓋水箱1-2外壁上，吊耳1-1處于同一高度且吊耳1-1的大小形狀完全相同，吊耳1-1的數(shù)量至少為3個(gè)，懸掛線(xiàn)的數(shù)量等于吊耳1-1的數(shù)量，懸掛線(xiàn)一端連接吊耳1-1一端連接炸藥，通過(guò)調(diào)節(jié)懸掛線(xiàn)的長(zhǎng)度讓炸藥水平放置在無(wú)蓋水箱1-2內(nèi)部的某一位置處；炸藥為薄片炸藥，薄片炸藥能對(duì)大型復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)施加不同大小的載荷，是目前應(yīng)用最為廣泛的炸藥之一，本實(shí)施例中所用薄片炸藥厚度為0.4毫米，型號(hào)為美國(guó)的detasheet炸藥，水中爆破沖擊波的傳播的經(jīng)驗(yàn)公式為：

其中，κ為實(shí)驗(yàn)系數(shù)，q為炸藥裝藥量(單位為千克)，r為據(jù)爆心得距離(單位為米)，α為壓力衰減系數(shù)。

parameter對(duì)應(yīng)的水下爆破參數(shù)分別為p(t)、i(t)和ew，且對(duì)于不同的炸藥，κ和α是不同的常數(shù)。

在初始峰壓值pm到來(lái)后，水中爆破產(chǎn)生的水沖擊波壓力隨時(shí)間呈指數(shù)衰減規(guī)律下降，公式為：

p(t)＝pme^-t/θ

其中，p(t)是時(shí)間t時(shí)的沖擊波壓力(n/cm²)，pm是初始峰壓值(n/cm²)，θ是衰減時(shí)間常數(shù)，定義為從pm衰減到pm/e所需要的時(shí)間(ms)。

沖擊波波陣面單位面積上的沖量是比沖量i(t)，為沖擊波壓力對(duì)時(shí)間的積分。當(dāng)結(jié)構(gòu)物的自振周期比爆破振動(dòng)周期大的多時(shí)，沖量就是衡量水沖擊波振動(dòng)效應(yīng)的重要指標(biāo)。根據(jù)定義，在沖擊波頭到達(dá)給定點(diǎn)后的t瞬間前，其單位面積上發(fā)出的沖量由下式確定：

嚴(yán)格的說(shuō)，在這個(gè)方程式中應(yīng)該用超壓，但在多數(shù)實(shí)際情況下，p(t)很大，所以這個(gè)差別不重要。

能流密度ew是沖擊波波陣面單位面積上的能量，可表示為：

如圖3所示，是測(cè)力底座系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，測(cè)力底座系統(tǒng)2包括試樣平臺(tái)2-1、防水帽支架2-2、防水帽2-3、升降桿2-4、彈性敏感元件連接座2-5、螺母扳手盤(pán)2-6、升降螺母2-7、底座套筒2-8、鍵2-9、底座支架2-10。所述的升降桿2-4的上端通過(guò)螺栓與彈性敏感元件連接座2-5相連，升降桿2-4下端通過(guò)螺栓與底座套筒2-8相連，升降桿2-4中間偏下位置呈對(duì)稱(chēng)分布設(shè)置了兩條溝槽，在底座套筒2-8中間偏下位置呈對(duì)稱(chēng)分布的有兩個(gè)分別與2條溝槽同寬度的孔洞，兩個(gè)大小和形狀相同的鍵2-9分別位于兩個(gè)孔洞中，鍵2-9限制了升降桿2-4的周向運(yùn)動(dòng)，使升降桿2-4只能沿豎直方向做升降運(yùn)動(dòng)；在底座套筒2-8中間偏上位置左右對(duì)稱(chēng)地布置了2個(gè)用于調(diào)節(jié)升降桿2-4高度的升降螺母2-7，通過(guò)旋轉(zhuǎn)升降螺母2-7實(shí)現(xiàn)了升降桿2-4位置的上下調(diào)節(jié)，從而改變?cè)嚇悠脚_(tái)2-1和無(wú)蓋水箱1-2底板上表面之間的高度差，通過(guò)調(diào)節(jié)高度差使待測(cè)材料的上表面與無(wú)蓋水箱1-2底板的上表面處于同一水平線(xiàn)上，從而實(shí)現(xiàn)了不同尺寸的待測(cè)材料在水下爆破沖擊波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的測(cè)量；彈性敏感元件3-2的外表面上安裝了防水帽2-3，防止實(shí)驗(yàn)時(shí)水箱中流下的水對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響；升降螺母2-7的外表面有螺母扳手盤(pán)2-6；底座套筒2-8外表面是3個(gè)呈軸對(duì)稱(chēng)分布的底座支架2-10，底座支架2-10用于保證整個(gè)測(cè)力底座系統(tǒng)2的穩(wěn)定。

如圖4所示，是測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，測(cè)量系統(tǒng)3包括應(yīng)變片1、彈性敏感元件2和應(yīng)變儀3。實(shí)驗(yàn)中用到的彈性敏感元件2是柱式彈性敏感元件；應(yīng)變片1是西格瑪有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為bsf120-3aa-t的一款應(yīng)變片1，應(yīng)變片1的方向沿著彈性敏感元件2的軸向方向，應(yīng)變片1被粘貼在彈性敏感元件2的外表面上；實(shí)驗(yàn)中用到的應(yīng)變儀3是西格瑪有限公司生產(chǎn)的asmd3-16動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀，應(yīng)變片1和應(yīng)變儀3的連接方式采用引線(xiàn)連接，應(yīng)變儀3具有信號(hào)放大處理、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)波形顯示的功能，在實(shí)驗(yàn)時(shí)分別對(duì)參考材料和待測(cè)材料進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)對(duì)比兩次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到待測(cè)材料在水下爆炸沖擊波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及待測(cè)材料的力學(xué)性能參數(shù)。

該裝置的具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1)裝置在不工作時(shí)，無(wú)蓋水箱1-2中不添加水，升降桿2-4處于其最低位置。實(shí)驗(yàn)前，首先對(duì)參考材料和待測(cè)材料的上下表面進(jìn)行平整處理并對(duì)兩種材料的尺寸進(jìn)行測(cè)量，選擇尺寸完全相同的兩種材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并首先對(duì)上下表面平整的參考材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將參考材料放在試樣平臺(tái)2-1的中心位置，旋轉(zhuǎn)螺母扳手盤(pán)2-6調(diào)整參考材料的高度，直至參考材料上表面與無(wú)蓋水箱1-2底板的下表面處于同一高度，然后利用防水薄膜將圓孔與參考材料隔開(kāi)，防止實(shí)驗(yàn)前水從圓孔中流出。

(3)向無(wú)蓋水箱1-2內(nèi)注水，利用吊耳1-1懸掛薄片炸藥，調(diào)整懸掛線(xiàn)長(zhǎng)度，確保薄片炸藥水平居中的處于水中。

(4)開(kāi)啟測(cè)量系統(tǒng)3，準(zhǔn)備收集數(shù)據(jù)。

(5)通過(guò)引線(xiàn)引爆薄片炸藥并收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(6)對(duì)待測(cè)材料重復(fù)過(guò)程過(guò)程(2)-(5)，兩次實(shí)驗(yàn)采用的薄片炸藥的規(guī)格一致，通過(guò)將兩次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到待測(cè)材料在水下爆炸沖擊波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及待測(cè)材料的力學(xué)性能參數(shù)。

(7)關(guān)閉測(cè)量系統(tǒng)3，清除實(shí)驗(yàn)裝置中的余水。

這里必須指出的是，本發(fā)明所公開(kāi)的技術(shù)手段不僅限于上述實(shí)施方式所公開(kāi)的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。