一种装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统与方法技术方案

本发明专利技术属于座椅性能试验领域，公开了一种装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统与方法。装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统包括试验台、刚性框架、爆炸冲击波形发生装置、提升装置；提升装置安装在试验台顶部横梁上，刚性框架与提升装置连接，刚性框架内安装有试验件，试验台地面上安装爆炸冲击波形发生装置，装甲车座椅台架试验采用跌落冲击试验方案进行装甲车座椅的抗地雷爆炸冲击性能，通过将防雷座椅安装在刚性框架内部模拟座椅在装甲车中的安装方式，并通过刚性框架跌落产生冲击波形，实现爆炸冲击的模拟。

A simulation system and method of explosion shock wave in bench test of armored vehicle seat

【技术实现步骤摘要】
一种装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统与方法
本专利技术属于座椅性能试验领域，尤其涉及一种装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统与方法。
技术介绍
随着近些年战场行驶与维和任务中装甲车辆面临地雷和简易爆炸装置的威胁显著增长，各国均加强对装甲车辆综合防护方面的研究。对于乘载员的防护，最重要的就是防雷座椅，因为它能通过自身缓冲设计减弱冲击波的传递，成为了装甲车辆乘载员生命的最后一级保障。因此，国内外相继开展防地雷爆炸冲击座椅的研究。虽然现阶段有多数厂家及机构在防雷座椅方面积累了一定研究成果并形成了初步的产品，但大多数厂家并未全面掌握该项技术。所以，防雷座椅的深入研究和产品化还需要一定的过程，对座椅的防护机理及爆炸工况下乘载员损伤机理需要进行深入研究，其参数和性能还需要进一步的测试与优化。国外已将防雷座椅应用于装甲车辆中，并在战场环境中进行实际测试与应用，随着防雷座椅技术的逐渐成熟，我国未来也将用该类座椅代替普通座椅，提升装甲车辆对乘载员的防护能力。基于以上说明，防雷座椅的测试与试验验证方法的研究具有现实的意义。现阶段的整车试验中，在爆炸环境下围绕北约军事组织所制定的AEP-55试验标准展开爆炸测试，考核装甲车座椅的抗地雷爆炸冲击性能。但是整车爆炸测试的边界条件存在复杂性、偶然性、不可重复性，试验存在高成本、高危险性等问题。基于此试验方法，爆炸冲击波形的模拟方法与发生装置设计对于试验的成败非常重要，该波形要能真实反映出实际的爆炸冲击波形，还要便于调节与重复实现，用于试验的研究性对比。专利
技术实现思路
本专利的目的在于提供一种装甲车座椅台架跌落试验的冲击波形模拟系统与方法，用该装置产生近似的三角波，用于模拟标准规定和实爆试验中加载到座椅处的冲击加速度，完成座椅的性能测试与试验验证。并且，该模拟波形具有波形幅值、脉宽可调，波形可重复加载等特点。该专利提出方法与装置可有效完成装甲车座椅爆炸冲击台架试验过程中的波形输入与评估，为座椅的台架试验提供基础与保障。为了实现上述专利技术目的，本专利采用下述的技术方案：技术方案一一种装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，包括试验台1、刚性框架2、爆炸冲击波形发生装置3、提升装置5；试验台包括试验台立柱和顶部横梁，通过焊接或螺栓固定连接；提升装置安装在试验台顶部横梁上，刚性框架连接在提升装置下方，刚性框架内安装有试验件，试验台地面上安装爆炸冲击波形发生装置，爆炸冲击波形发生装置通过与安装试验件的刚性框架发生垂直碰撞冲击实现冲击波形的模拟。本专利技术技术方案一的特点和进一步改进为：1、爆炸冲击波形发生装置包括固定底座31、地脚螺栓32、多个载荷传感器33、传感器转接法兰板34、上冲击台面35、多个缓冲单元36、冲击面板37和加速度计38；固定底座用于固定爆炸冲击波形发生装置，地面上设有地轨，固定底座设有与地轨匹配的U型孔，通过地脚螺栓与地轨连接；多个载荷传感器分布于固定底座上，分别通过螺栓与固定底座连接，传感器转接法兰板数量与载荷传感器数量相同，具有两套连接孔，一套通过螺栓与载荷传感器连接，另一套通过螺栓与上冲击台面连接；上冲击台面设有沉孔，通过沉头螺栓与传感器转接法兰板连接；上冲击台面的上表面设有多个厚度相同的卡槽，用于固定缓冲单元；冲击面板通过焊接方式安装在刚性框架底部，为钢制厚板，具有足够的厚度以保证其刚度，且具有足够的平面度，用于撞击瞬间触及所有缓冲单元；冲击面板的平面接触到所有的缓冲单元；加速度计固定在冲击面板上表面，位置在刚性框架重心位置，用于测量撞击加速度。2、所有缓冲单元厚度相同，且缓冲单元硬度也相同3、所述缓冲单元为天然橡胶块；通过改变天然橡胶块的材质，改变其硬度，进而模拟不同的爆炸冲击波形；通过调整天然橡胶块的个数调整冲击波形的脉宽；通过改变刚性框架的提升高度，进而改变冲击面板接触缓冲单元的冲击速度而改变冲击波形的幅值。4、载荷传感器为具有承载冲击功能的盘式法兰式三向力传感器，数量为4个或6个。5、传感器转接法兰板用于调整载荷传感器安装高度和安装角度，使得上冲击台面具有要求的水平度。技术方案二一种装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟方法，所述方法应用于上述的装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，包括以下步骤1)将完成试验件安装的刚性框架放置在爆炸冲击波形发生装置中心位置，完成提升装置与刚性框架的连接，完成试验台架和爆炸冲击波形发生装置的安装；2)通过提升装置将刚性框架提升至预定高度，将载荷传感器和加速度计清零；3)释放刚性框架，让其自由下落，使冲击面板冲击缓冲单元；4)通过加速度计测得整个冲击过程的加速度值，得到冲击波形；5)冲击波形数据通过滤波，将滤波后的冲击波形与要求的波形对比；6)若冲击波形峰值不足，则提升刚性框架的跌落高度，冲击波形峰值过高则降低跌落高度；7)若冲击波形脉宽太窄，则更换更小刚度的缓冲单元或减少缓冲单元的橡胶数量，若冲击波形脉宽太宽，则更换大刚度的缓冲单元或增加缓冲单元的橡胶数量；8)通过多次迭代试验，直至产生所需要的爆炸冲击波形。本专利技术技术方案二的特点和进一步改进为：1、缓冲材料产生的爆炸冲击波形的参数通过以下过程设计选择，爆炸冲击波形的参数至少包括幅值和脉冲，根据冲击动力学简化模型，刚性框架从高度H下落，以一定速度与爆炸冲击波形发生装置的缓冲单元发生弹性碰撞，在短时间内达到最大响应，m为安装有试验件的刚性框架的总质量，g为重力加速度；H为刚性框架的跌落高度；k为缓冲单元的刚度；c为缓冲单元的阻尼；X(t)为缓冲单元的形变；v0为落体系统与波形发生装置碰撞时的瞬时速度；假设波形发生装置的刚度k为线性的，则系统的动力学方程表达为：由初始条件t＝0时，X＝0，求解微分方程可得其中：为系统固有频率；为初始相位角；可得冲击加速度脉冲的幅值为：冲击波形脉冲宽度，即冲击持续时间τ为冲击加速度为零的值之间的时间，忽略初始相位，得到通过以上过程，得到爆炸冲击波形的参数，进而确定橡胶的硬度和类型。本专利技术提出一种装甲车座椅台架跌落试验的冲击波形模拟系统与方法，并提供波形的设计方法，可模拟多种冲击输入波形，而且试验波形可控、可测，并且是试验具有重复性，可用于保证防雷座椅在台架试验过程中充分研究。本专利技术提出的爆炸冲击波形模拟方法与系统可提供有效的试验冲击波形，波形可调，可根据研究需要进行波形调整，而且数据一致性好，改变实爆试验过程中的冲击输入存在随机性的问题。本专利技术提出的冲击波形模拟系统与方法具有通用性的特点，也可用于其他试验件的跌落冲击试验。本专利技术提出的冲击波形发生装置可多次重复使用，且波形发生装置中的缓冲单元也可组合使用或重复使用，可有效节约试验成本。本专利技术改变原通过TNT实爆进行座椅性能试验测试的方法，采用地面缓冲装置模拟爆炸冲击的过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，其特征在于：包括试验台(1)、刚性框架(2)、爆炸冲击波形发生装置(3)、提升装置(5)；试验台包括试验台立柱和顶部横梁，通过焊接或螺栓固定连接；提升装置安装在试验台顶部横梁上，刚性框架连接在提升装置下方，刚性框架内安装有试验件，试验台地面上安装爆炸冲击波形发生装置，爆炸冲击波形发生装置通过与安装试验件的刚性框架发生垂直碰撞冲击实现冲击波形的模拟。/n

【技术特征摘要】
1.一种装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，其特征在于：包括试验台(1)、刚性框架(2)、爆炸冲击波形发生装置(3)、提升装置(5)；试验台包括试验台立柱和顶部横梁，通过焊接或螺栓固定连接；提升装置安装在试验台顶部横梁上，刚性框架连接在提升装置下方，刚性框架内安装有试验件，试验台地面上安装爆炸冲击波形发生装置，爆炸冲击波形发生装置通过与安装试验件的刚性框架发生垂直碰撞冲击实现冲击波形的模拟。


2.根据权利要求1所述的装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，其特征在于：爆炸冲击波形发生装置包括固定底座(31)、地脚螺栓(32)、多个载荷传感器(33)、传感器转接法兰板(34)、上冲击台面(35)、多个缓冲单元(36)、冲击面板(37)和加速度计(38)；
固定底座用于固定爆炸冲击波形发生装置，地面上设有地轨，固定底座设有与地轨匹配的U型孔，通过地脚螺栓与地轨连接；
多个载荷传感器分布于固定底座上，分别通过螺栓与固定底座连接，
传感器转接法兰板数量与载荷传感器数量相同，具有两套连接孔，一套通过螺栓与载荷传感器连接，另一套通过螺栓与上冲击台面连接；
上冲击台面设有沉孔，通过沉头螺栓与传感器转接法兰板连接；上冲击台面的上表面设有多个厚度相同的卡槽，用于固定缓冲单元；
冲击面板通过焊接方式安装在刚性框架底部，为钢制厚板，具有足够的厚度以保证其刚度，且具有足够的平面度，用于撞击瞬间触及所有缓冲单元；冲击面板的平面接触到所有的缓冲单元；
加速度计固定在冲击面板上表面，位置在刚性框架重心位置，用于测量撞击加速度。


3.根据权利要求2所述的装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，其特征在于：所有缓冲单元厚度相同，且缓冲单元硬度也相同。


4.根据权利要求2或3所述的装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，其特征在于：所述缓冲单元为天然橡胶块；
通过改变天然橡胶块的材质，改变其硬度，进而模拟不同的爆炸冲击波形；
通过调整天然橡胶块的个数调整冲击波形的脉宽；
通过改变刚性框架的提升高度，进而改变冲击面板接触缓冲单元的冲击速度而改变冲击波形的幅值。


5.根据权利要求2所述的装甲车座椅台架试验爆炸冲击波形模拟系统，其特征在于：载荷传感器为具有承载冲击功能的盘式法兰式三向力...

【专利技术属性】
技术研发人员：任佳，郭军，杨建波，刘继军，白春玉，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61