人员防护装备防爆炸冲击波性能测试装置、评价检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置、评价方法以及检测其有效性的方法，本发明专利技术涉及力学领域，所述装置包括：等效人体模型、支撑约束系统、测试系统，等效人体模型用于模拟人体躯干骨骼力学性质和人体皮肤力学性质，支撑约束系统中的滚轮系统用于模拟人体在爆炸冲击波作用下向后移动和倾倒的状态，为等效人体模型提供合适的边界条件，压力测试系统用于测量爆炸冲击波进入等效人体模型时，对人体皮肤和人体躯干骨骼的界面产生的压力，高速摄像系统用于采集、记录在爆炸冲击波作用下等效人体模型的变形和运动过程，根据测试数据，结合胸腔等效力学模型，可以得到用于评价人员防护装备防爆炸冲击波性能的评价指标数据。

【技术实现步骤摘要】
人员防护装备防爆炸冲击波性能测试装置、评价检测方法
本专利技术涉及力学领域，特别是涉及一种人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置、评价方法以及检测其有效性的方法。
技术介绍
在现代战场环境中，爆炸产生的冲击波对人体造成的损伤已经成为士兵致伤、致死的主要因素，对爆炸冲击波的防护越来越引起人们的重视。典型的爆炸冲击载荷波波形包含具有较高压力幅值的正压区与作用时间较长的负压区，同时伴随着较大的压力冲量。一般情况下，在爆炸冲击波作用下，人体的力学响应较为复杂，其不仅包括爆炸冲击波进入人体内形成的压力波对人体造成的损伤，而且爆炸冲击波伴随的巨大冲量也会使人体产生速度而抛出，进而造成损伤。目前，人员防护装备，例如：单兵装备、排爆服等，是常用的防爆炸冲击波的结构形式，对高性能人员防护装备的设计需要对进入人体的爆炸冲击波压力和人员佩戴防护装备时的力学响应进行测试，以及建立一套有效的检测评价指标对人员防护装备防爆炸冲击波的性能进行评价。但是，目前针对这些防护装备防爆炸冲击波性能的实验评价缺乏合理有效的手段。尤其是针对爆炸冲击波透过防护装备进入人体内的压力数据，以及人员穿戴防护装备后躯干的变形以及被抛出时的运动速度等数据，还没有可靠、有效且可行的测试手段。此外，关于如何建立一套有效的评价指标，用于对人员防护装备防爆炸冲击波的性能进行评价，更是缺乏相应的研究。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供一种人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置、评价方法以及检测其有效性的方法，解决了上述的问题。本专利技术实施例提供一种用于评价人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置，所述装置包括：等效人体模型、支撑约束系统、测试系统；所述等效人体模型包括：模拟躯干模型和模拟皮肤层，所述模拟躯干模型具有与真实人体相同的外形轮廓和质量分布，用于模拟人体躯干骨骼力学性质；所述模拟皮肤层的构成材料具有与真实人体皮肤相同的力学属性，覆盖在所述模拟躯干模型的外侧，用于模拟人体皮肤力学性质，所述模拟皮肤层和所述模拟躯干模型通过粘接相连接，模拟真实的人体皮肤与人体躯干骨骼的连接状态；所述支撑约束系统包括：滚轮系统、支撑滑道，所述等效人体模型通过其底部固定的两个滑动滚轮与所述支撑滑道连接；所述滚轮系统包括：滑动滚轮和转动调节器，所述滑动滚轮使得所述等效人体模型在所述支撑滑道上滑动，以模拟人体在爆炸冲击波作用下，向后移动的状态；所述转动调节器使得所述等效人体模型以所述滚轮系统为中心进行转动，以模拟人体在爆炸冲击波作用下向后倾倒的状态，所述等效人体模型在爆炸冲击波作用下的移动状态和倾倒状态叠加以模拟出人体在爆炸冲击波作用下的真实运动状态；所述滑动滚轮和所述支撑滑道之间摩擦阻力可调整，所述转动调节器的转动摩擦阻力可调整以模拟人体在受到爆炸冲击波作用时所处的不同环境以及人员所处的不同状态对支撑约束条件的差异；所述测试系统包括：压力测试系统和高速摄像系统，所述压力测试系统包括多个压力传感器，所述压力传感器安装在所述模拟躯干模型的预设开孔位置，且所述压力传感器的感应面与所述模拟皮肤层和所述模拟躯干模型的粘接面平齐，用于测量爆炸冲击波进入所述等效人体模型时，对所述人体皮肤和所述人体躯干骨骼的界面产生的压力，；所述高速摄像系统布置在所述支撑滑道的一侧，用于采集、记录在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的变形和运动过程。可选地，所述模拟躯干模型为高性能环氧树脂制作而成，其中，模拟胸腔部分的厚度为12毫米；所述模拟皮肤层采用PDMA材料进行制备，基于真实人体皮肤以及表层组织的力学性能来设计优化基本组分与固化剂的比例，可真实模拟人体皮肤在爆炸冲击波作用下的动态力学特性，其厚度为3毫米，所述PDMA材料形成的PDMA层覆盖于所述高性能环氧树脂制作的模拟躯干部分的表面；所述高性能环氧树脂与所述PDMA粘接固定。可选地，所述支撑滑道上分布有可调整摩擦阻力的阻力件，使得所述滑动滚轮和所述支撑滑道之间摩擦阻力可调整，用于模拟不同环境下人体在受到所述爆炸冲击波作用而向后移动时地面和空气阻力对其提供的摩擦阻力的差异；所述转动调节器的转动阻力随转动程度的大小而改变，以模拟人体在向后倾倒过程中受到阻力的差异；所述转动调节器上分布有可调整转动摩擦阻力的阻力件，用于模拟不同环境下人体在受到所述爆炸冲击波作用而向后倾倒时地面和空气对其提供的转动摩擦阻力的差异；通过调整所述滑动滚轮和所述转动调节器的大小以及摩擦阻力，以为所述等效人体模型提供合适的支撑约束条件，以模拟人体在受到所述爆炸冲击波作用时所处的不同环境以及人员所处的不同状态对所述支撑约束条件的差异。可选地，所述支撑约束系统还包括：缓冲挡板；所述缓冲挡板固定于所述支撑滑道的末端，用于使受到所述爆炸冲击波作用时运动的所述等效人体模型减速停止。可选地，所述压力测试系统包括：五个压力传感器；所述五个压力传感器通过五个基座安装于所述模拟躯干模型的正面区域，所述正面区域为朝向所述爆炸冲击波迎波面的，所述模拟胸腔部分的区域，所述五个压力传感器的量程均不低于1379kPa，谐振频率为500kHz，上升段时间小于1μs；所述基座是直接在所述模拟躯干模型的正面区域上开孔加工形成的，其水平贯穿所述模拟躯干部分的正面区域，所述基座的开孔内部加工有内螺纹，所述内螺纹对应所述压力传感器的表面的外螺纹，以使得所述压力传感器通过内、外螺纹旋转调整位置，进而调整所述压力传感器的感应面与所述模拟躯干部分的正面区域的表面平齐并朝向所述迎波面。可选地，所述高速摄像系统包括：两套高速摄像设备、配套的闪光灯以及图像信号采集设备；所述两套高速摄像设备以及配套的闪光灯均布置于所述支撑滑道的同一侧，每套高速摄像设备匹配若干闪光灯；所述闪光灯用于辅助所述两套高速摄像设备进行采集工作；所述每套高速摄像设备通过信号线将采集的数据发送给图像信号采集设备，以记录在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的变形和运动过程；所述两套高速摄像设备中一套高速摄像设备正面朝向所述等效人体模型初始的固定位置，用于采集在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的初始变形；另一套高速摄像设备布置于靠近所述支撑滑道的末端，用于采集在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的后续变形及运动状态；根据所述两套高速摄像设备的实验结果的对比，得到在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的滑动速度及其变化趋势。可选地，所述压力测试系统还包括：压力信号采集设备；在所述模拟躯干部分的正面区域安装的所述五个压力传感器，其中一个压力传感器处于所述正面区域的中心位置，其余四个均匀分布在四周；所述五个压力传感器分别通过电缆线与所述压力信号采集设备连接，以将测量到的压力数据传输给所述压力信号采集设备；所述模拟躯干部分的反面区域以及粘接于该区域上的PDMA层，对应于所述电缆线穿过的位置开设有对应的孔洞。本专利技术实施例还提供一种人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置，其特征在于，所述装置包括：等效人体模型、支撑约束系统、测试系统；/n所述等效人体模型包括：模拟躯干模型和模拟皮肤层，所述模拟躯干模型具有与真实人体相同的外形轮廓和质量分布，用于模拟人体躯干骨骼力学性质；/n所述模拟皮肤层的构成材料具有与真实人体皮肤相同的力学属性，覆盖在所述模拟躯干模型的外侧，用于模拟人体皮肤力学性质，所述模拟皮肤层和所述模拟躯干模型通过粘接相连接，模拟真实的人体皮肤与人体躯干骨骼的连接状态；/n所述支撑约束系统包括：滚轮系统、支撑滑道，所述等效人体模型通过其底部固定的两个滑动滚轮与所述支撑滑道连接；/n所述滚轮系统包括：滑动滚轮和转动调节器，所述滑动滚轮使得所述等效人体模型在所述支撑滑道上滑动，以模拟人体在爆炸冲击波作用下，向后移动的状态；/n所述转动调节器使得所述等效人体模型以所述滚轮系统为中心进行转动，以模拟人体在爆炸冲击波作用下向后倾倒的状态，所述等效人体模型在爆炸冲击波作用下的移动状态和倾倒状态叠加以模拟出人体在爆炸冲击波作用下的真实运动状态；/n所述滑动滚轮和所述支撑滑道之间摩擦阻力可调整，所述转动调节器的转动摩擦阻力可调整以模拟人体在受到爆炸冲击波作用时所处的不同环境以及人员所处的不同状态对支撑约束条件的差异；/n所述测试系统包括：压力测试系统和高速摄像系统，所述压力测试系统包括多个压力传感器，所述压力传感器安装在所述模拟躯干模型的预设开孔位置，且所述压力传感器的感应面与所述模拟皮肤层和所述模拟躯干模型的粘接面平齐，用于测量爆炸冲击波进入所述等效人体模型时，对所述人体皮肤和所述人体躯干骨骼的界面产生的压力，；/n所述高速摄像系统布置在所述支撑滑道的一侧，用于采集、记录在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的变形和运动过程。/n...

【技术特征摘要】
1.一种人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置，其特征在于，所述装置包括：等效人体模型、支撑约束系统、测试系统；
所述等效人体模型包括：模拟躯干模型和模拟皮肤层，所述模拟躯干模型具有与真实人体相同的外形轮廓和质量分布，用于模拟人体躯干骨骼力学性质；
所述模拟皮肤层的构成材料具有与真实人体皮肤相同的力学属性，覆盖在所述模拟躯干模型的外侧，用于模拟人体皮肤力学性质，所述模拟皮肤层和所述模拟躯干模型通过粘接相连接，模拟真实的人体皮肤与人体躯干骨骼的连接状态；
所述支撑约束系统包括：滚轮系统、支撑滑道，所述等效人体模型通过其底部固定的两个滑动滚轮与所述支撑滑道连接；
所述滚轮系统包括：滑动滚轮和转动调节器，所述滑动滚轮使得所述等效人体模型在所述支撑滑道上滑动，以模拟人体在爆炸冲击波作用下，向后移动的状态；
所述转动调节器使得所述等效人体模型以所述滚轮系统为中心进行转动，以模拟人体在爆炸冲击波作用下向后倾倒的状态，所述等效人体模型在爆炸冲击波作用下的移动状态和倾倒状态叠加以模拟出人体在爆炸冲击波作用下的真实运动状态；
所述滑动滚轮和所述支撑滑道之间摩擦阻力可调整，所述转动调节器的转动摩擦阻力可调整以模拟人体在受到爆炸冲击波作用时所处的不同环境以及人员所处的不同状态对支撑约束条件的差异；
所述测试系统包括：压力测试系统和高速摄像系统，所述压力测试系统包括多个压力传感器，所述压力传感器安装在所述模拟躯干模型的预设开孔位置，且所述压力传感器的感应面与所述模拟皮肤层和所述模拟躯干模型的粘接面平齐，用于测量爆炸冲击波进入所述等效人体模型时，对所述人体皮肤和所述人体躯干骨骼的界面产生的压力，；
所述高速摄像系统布置在所述支撑滑道的一侧，用于采集、记录在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的变形和运动过程。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模拟躯干模型为高性能环氧树脂制作而成，其中，模拟胸腔部分的厚度为12毫米；
所述模拟皮肤层采用PDMA材料进行制备，基于真实人体皮肤以及表层组织的力学性能来设计优化基本组分与固化剂的比例，可真实模拟人体皮肤在爆炸冲击波作用下的动态力学特性，其厚度为3毫米，所述PDMA材料形成的PDMA层覆盖于所述高性能环氧树脂制作的模拟躯干部分的表面；
所述高性能环氧树脂与所述PDMA粘接固定。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑滑道上分布有可调整摩擦阻力的阻力件，使得所述滑动滚轮和所述支撑滑道之间摩擦阻力可调整，用于模拟不同环境下人体在受到所述爆炸冲击波作用而向后移动时地面和空气阻力对其提供的摩擦阻力的差异；
所述转动调节器的转动阻力随转动程度的大小而改变，以模拟人体在向后倾倒过程中受到阻力的差异；
所述转动调节器上分布有可调整转动摩擦阻力的阻力件，用于模拟不同环境下人体在受到所述爆炸冲击波作用而向后倾倒时地面和空气对其提供的转动摩擦阻力的差异；
通过调整所述滑动滚轮和所述转动调节器的大小以及摩擦阻力，以为所述等效人体模型提供合适的支撑约束条件，以模拟人体在受到所述爆炸冲击波作用时所处的不同环境以及人员所处的不同状态对所述支撑约束条件的差异。


4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑约束系统还包括：缓冲挡板；
所述缓冲挡板固定于所述支撑滑道的末端，用于使受到所述爆炸冲击波作用时运动的所述等效人体模型减速停止。


5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压力测试系统包括：五个压力传感器；
所述五个压力传感器通过五个基座安装于所述模拟躯干模型的正面区域，所述正面区域为朝向所述爆炸冲击波迎波面的，所述模拟胸腔部分的区域，所述五个压力传感器的量程均不低于1379kPa，谐振频率为500kHz，上升段时间小于1μs；
所述基座是直接在所述模拟躯干模型的正面区域上开孔加工形成的，其水平贯穿所述模拟躯干部分的正面区域，所述基座的开孔内部加工有内螺纹，所述内螺纹对应所述压力传感器的表面的外螺纹，以使得所述压力传感器通过内、外螺纹旋转调整位置，进而调整所述压力传感器的感应面与所述模拟躯干部分的正面区域的表面平齐并朝向所述迎波面。


6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高速摄像系统包括：两套高速摄像设备、配套的闪光灯以及图像信号采集设备；
所述两套高速摄像设备以及配套的闪光灯均布置于所述支撑滑道的同一侧，每套高速摄像设备匹配若干闪光灯；
所述闪光灯用于辅助所述两套高速摄像设备进行采集工作；
所述每套高速摄像设备通过信号线将采集的数据发送给图像信号采集设备，以记录在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的变形和运动过程；
所述两套高速摄像设备中一套高速摄像设备正面朝向所述等效人体模型初始的固定位置，用于采集在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的初始变形；
另一套高速摄像设备布置于靠近所述支撑滑道的末端，用于采集在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的后续变形及运动状态；
根据所述两套高速摄像设备的实验结果的对比，得到在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的滑动速度及其变化趋势。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丰源，栗志杰，柳占立，庄茁，康越，严子铭，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11