Page 133 - 《爆炸与冲击》2025年第5期
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第 45 卷           钱秉文,等: 超高速撞击条件下混凝土靶体内 应力波的测量和分析                                第 5 期

                   实验弹体为圆柱形         93W  钨合金弹,如图      2(a)      Laser velocity measurement
                                                                                        Flashlight
               所示。弹体直径为         3.5 mm,长度为    10.5 mm,密
               度为  17 g/cm ,质量为  1.72 g,屈服强度为     731 MPa,     Gun                           Target
                         3
               抗拉强度为     878 MPa,断裂伸长率为        8%,断裂韧         muzzle
               性参数为    130 MPa·m 。
                                 1/2
                                                                    Projectile  Separation Projectile
                   参考文献     [18-19],设计了混凝土靶(水泥砂                     +sabot
               浆靶),如图     2(b) 所示。其组成材料为:425         型号
               的普通硅酸盐水泥、细砂(粒径不超过                  0.8 mm,                               High-speed camera
               经过多次筛分处理)和自来水,水泥、细砂和水
                                                                        图 1    超高速撞击实验的设置
               的混合比例为      1∶2.6∶0.5。经过    28 d 的标准养护
                                                                 Fig. 1    Set-up for hypervelocity impact experiments
               后,混凝土靶的平均单轴抗压强度为                42.7 MPa。










                            (a) Cylindrical tungsten alloy projectiles  (b) Concrete targets

                                               图 2    93W  钨合金柱形弹和混凝土靶
                                    Fig. 2    93W tungsten alloy cylindrical projectiles and concrete targets

                   超高速撞击条件下,混凝土靶中的应力波
               峰值一般为兆帕到百兆帕量级,上升沿一般为十                                                    Sensitive surface
               微秒量级,通常采用锰铜压阻应力计、碳压阻应
               力计或   PVDF  压电应力计进行测量。在吉帕以
                                                                          图 3    PVDF  压电应力计
               下的应力区,锰铜压阻应力计的信噪比不足,且
                                                                     Fig. 3    PVDF piezoelectric stress sensor
               易受到传感器弯折等因素影响;目前国内缺乏成

               熟的碳压阻应力计产品;PVDF            压电应力计的测
                                                                                          Projectile
               试灵敏度高,响应速度快,能够满足混凝土靶中
               应力波峰值的测试需求,且国内有成熟的产品。                                                                 Target
                                                             70 mm
               因此,实验选用       PVDF  压电应力计进行应力波测                                       Pressure sensor P1
               量  。  定  制  的  PVDF  压  电  应  力  计  长  150 mm, 宽
                                                             30 mm                   Pressure sensor P2
               10 mm,厚  0.4 mm,敏感面尺寸为       5 mm×5 mm,如
                                                             30 mm
               图  3  所示。
                   将  3  个  PVDF  压电应力计嵌入靶体(图         4),    70 mm                   Pressure sensor P3
               并确保撞击点、3       个  PVDF  压电应力计(P1~P3)
               的感应面与弹道轴线严格对齐,位置偏差控制                                            Ø300 mm
               在  1 mm  以内。为了避免应力集中,在靶体的黏
                                                                  图 4    靶体中  PVDF  压电应力计的埋设示意图
               接面周围布置与应力计等厚度的垫片,并用环氧
                                                            Fig. 4    Schematic diagram of PVDF piezoelectric pressure sensors
               树脂将其与      PVDF  压电应力计一同封装在靶体
                                                                             embedded in target
               内。为了增强应力计在极端环境下的耐久性,在
               每个应力计的      2 面覆盖一层     0.2 mm  厚的聚氨酯薄膜作为保护层。PVDF              压电应力计的埋设实物图如图               5
               所示。



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