matlab混凝土密闭空间内爆压力传感器匹配模型研究(2)

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混凝土材料内冲击波的压力测量，应用较多的是应变式和压电晶体式压力传感器。目前，对于冲击荷载下混凝土或混凝土类结构中应力的测量，所用的传感器大部分是直接埋置到混凝土或混凝土类结构中。由于传感器本身物理、力学性质与被侧介质不完全相同，从而产生应力场的畸变，使传感器上受的应力不同于该处的真实应力，这就是说，传感器实际测得的应力和原来应力场中该处的应力不一致，它们之间的差值称为“匹配误差”。为了解决这一问题，得到较真实的应力值，需要找到一种材料做模具，使压力传感器先埋设在材料中，与材料为一体成为模具，然后将模具埋设在混凝土中，使得模具能与混凝土保持较好的匹配关系。

1．2 国内外研究现状

1．3 任务

在浇筑混凝土的时候，由于传感器的敏感面容易被破坏，应先用固化胶将传感器包住，一方面防止了传感器被破坏，另一方面也提高了传感器敏感面与混凝土的耦合性。与混凝土一起浇筑（如图1.1）。这样就很好的解决了混凝土与固化胶的耦合问题，也解决了固化胶与传感器的耦合问题。但是传感器的实测信号将会受到影响,需要考虑应力信号通过固化胶的衰减问题，即考虑混凝土、介质、传感器之间的“匹配”问题。

传感器埋设示意图

本课题的主要任务是研究应力波通过固化胶后的衰减，同时得出衰减率。研究混凝土密实介质与压力传感器的匹配关系，建立相应的数学计算模型，为混凝土密实介质中炸药装药应力波的传播规律研究奠定技术支撑。研究方法采用分离式霍普金森压杆对一定直径的、不同厚度的固化胶试件进行试验，并记录入射应力波信号、透射应力波信号，计算不同厚度的固化胶的应力波衰减率，建立衰减率随试件厚度变化的最优数学模型。为以后的试验中，应力传感器的设计与埋设提供一定的参考。

2 试验准备

2．1 SHPB实验技术

2.1.1 SHPB实验装置

SHPB装置的原型是由Hopkinson ( 1914年)提出，它仅可用于测量冲击载荷的脉冲波形。KolskY(1949年)将压杆分成两截，试件置于其中，从而使这一装置可用于测量材料在冲击载荷作用下的应力应变关系。

典型的SHPB装置及其数据采集处理系统如图2.1所示。当枪膛内的子弹(打击杆)以某一速度撞击输入杆时，在杆内产生一个入射脉冲，试件在该应力脉冲作用下发生高速变形，与此同时，在压杆中产生往回的反射脉冲。和向前的透射脉冲。

SHPB实验技术是建立在二个基本假定基础上的。一个是一维假定(又称平面假定)，另一个是均匀假定。

SHPB实验技术除装置结构简单，操作使用方便外，还有以下几条优点。

（1）测量方法巧妙简单。在冲击条件下确定材料的应力应变关系，通常需要在试件的同一装置上同时测量随时间变化的应力和应变，这不是一件容易的事。然而，SHPB实验避开了这一难题，通过测量压杆上的应变来反推试件材料的应力应变关系，因此是一种间接的但又是十分简便的方法。

（2）加载波形易测易控制。在冲击条件下，载荷性质不同于准静态情况，主要表现为，载荷为不确定型。作用于物体上的冲击称荷不仅取决于加载方式，还取决于受载物体材料的力学性能及其几何形状。然而，在SHPB装置上，利用输入杆可直接测得入射波E;和反射波f，两者之差即为作用于试件(板、杆、壳等)上的冲击载荷，改变子弹的撞击速度及弹形即可调节这一冲击载荷的波形。这一优点并不为人们注意，但是人们却利用了这一优点在Hopkinson压杆上开展了动态断裂以及板、杆、壳等简单结构物的冲击响应等问题的研究。