一种多切缝药包爆炸裂纹面扩展定量分析试验系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种多切缝药包爆炸裂纹面扩展定量分析试验系统及方法，属于爆炸裂纹分析技术领域，能够同时观测两个维度上爆炸裂纹面扩展过程，实时获得清晰、精确的裂纹面扩展图像，实现爆炸裂纹面扩展定量分析；该系统包括光路采集子系统、爆炸裂纹模型体、加载架和起爆器；所述加载架，用于固定所述爆炸裂纹模型体，实现爆炸裂纹模型体的上下左右移动；所述爆炸裂纹模型体，为内置有多切缝药包的有机玻璃块体，用于爆炸得到待分析的裂纹样品；所述起爆器，用于引爆所述爆炸裂纹模型体内的多切缝药包；所述光路采集子系统，包括光路模块和采集模块；所述光路模块用于产生满足图像采集的光线；所述采集模块用于采集所述爆炸裂纹数据。据。据。

【技术实现步骤摘要】
一种多切缝药包爆炸裂纹面扩展定量分析试验系统及方法


[0001]本专利技术涉及爆炸裂纹分析
，尤其涉及一种多切缝药包爆炸裂纹面扩展定量分析试验系统及方法。

技术介绍

[0002]多切缝药包爆炸裂纹定向控制技术在工程上应用广泛，而爆炸裂纹扩展过程具有瞬态性，且岩体为非透明介质，以往对爆炸裂纹的分析通常采用水泥砂浆模型和岩石材料，其爆炸裂纹不具有可视性，不能对爆炸裂纹的扩展过程进行分析，只能对爆后效果分析研究，很难追溯爆炸裂纹的形成过程和原因。而有机玻璃材料的力学性能与岩石材料相似，并具有透明性，目前对裂纹扩展的力学特性分析方法包括焦散线法、光弹法、数字图像相关法等，其中，焦散线法只能对平面模型中裂纹尖端的应力强度因子进行计算，光弹法可以对试件中的应力场变化规律进行研究，数字图像相关法可以对试件表面的应变场进行分析，很难测量三维模型中多切缝药包爆炸裂纹面的发展过程。如将有机玻璃制作成三维模型进行爆炸试验，可对炸药的爆轰、炮孔不同位置裂纹的扩展进行实时观测，有利于分析实验现象反应的爆破原理。
[0003]中国专利CN109959570A公开一种爆炸加载电测
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动态光弹性混合实验系统，其是对平面模型中爆炸应力场和裂纹进行测量的，无法满足三维模型中裂纹面的测量需求。
[0004]因此，有必要研究一种多切缝药包爆炸裂纹面扩展定量分析试验系统及方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种多切缝药包爆炸裂纹面扩展定量分析试验系统及方法，同时观测一个模型两个维度上爆炸裂纹面扩展过程，采用激光器和高速相机组成高速摄影系统，结合场镜、爆炸加载装置、起爆器和同步控制器实时获得清晰、精确的裂纹面扩展图像，实现爆炸加载下裂纹面扩展定量分析试验系统的突破。
[0006]一方面，本专利技术提供一种多切缝药包爆炸裂纹面扩展定量分析试验系统，所述系统包括：光路采集子系统、爆炸裂纹模型体、加载架和起爆器；
[0007]所述加载架，用于固定所述爆炸裂纹模型体，实现爆炸裂纹模型体的上下左右移动，以调节模型在光路中的位置；
[0008]所述爆炸裂纹模型体，为内置有多切缝药包的有机玻璃块体，用于爆炸得到待分析的裂纹样品；
[0009]所述起爆器，与所述爆炸裂纹模型体中多切缝药包连接，用于引爆所述爆炸裂纹模型体内的多切缝药包；
[0010]所述光路采集子系统，包括光路模块和采集模块；所述光路模块用于产生满足图像采集的光线；所述采集模块用于采集爆炸裂纹数据。
[0011]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述多切缝
药包包括切缝管、爆炸药包和彩色粉末；所述爆炸药包置于所述切缝管内，所述彩色粉末填充在所述爆炸药包和所述切缝管之间。
[0012]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述光路模块包括第一光路组件和第二光路组件；
[0013]所述第一光路组件包括第一激光器、第一扩束镜、第一平凸镜和第二平凸镜；所述第一平凸镜和所述第二平凸镜分设于所述爆炸裂纹模型体的两侧；所述第一激光器与所述第一扩束镜设置在所述第一平凸镜的同一侧；所述第一激光器、所述第一扩束镜、所述第一平凸镜和所述第二平凸镜依次光连接，形成第一光路；
[0014]所述第二光路组件包括第二激光器、第二扩束镜、第三平凸镜和第四平凸镜；所述第三平凸镜和所述第四平凸镜分设于所述爆炸裂纹模型体的另外两侧；所述第二激光器与所述第二扩束镜设置在所述第三平凸镜的同一侧；所述第二激光器、所述第二扩束镜、所述第三平凸镜和所述第四平凸镜依次光连接，形成第二光路；
[0015]所述第一光路和所述第二光路处于同一水平面且彼此垂直，两个光路的交点处设有所述爆炸裂纹模型体。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述采集模块包括第一采集模块和第二采集模块；
[0017]所述第一采集模块包括第一相机和第一计算机；所述第一相机与所述第二平凸镜光连接，并与所述第一计算机通信连接，用于采集从所述第二平凸镜透射来的光信号并传输给所述第一计算机；
[0018]所述第二采集模块包括第二相机和第二计算机；所述第二相机与所述第四平凸镜光连接，并与所述第二计算机通信连接，用于采集从所述第四平凸镜透射来的光信号并传输给所述第二计算机。
[0019]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述系统还包括同步控制器；
[0020]所述同步控制器与所述起爆器、所述第一相机和所述第二相机连接，并发送控制信号给所述起爆器、所述第一相机和所述第二相机，控制所述起爆器引爆药包中的炸药，并使所述第一相机和所述第二相机同时开始采集动作。
[0021]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一平凸镜和所述第二平凸镜之间的激光光线为平行光线。
[0022]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第三平凸镜和所述第四平凸镜之间的激光光线为平行光线。
[0023]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述爆炸裂纹模型体的有机玻璃块体上开设有炮孔，用于将所述多切缝药包置入有机玻璃块体内；在置入完成后，所述炮孔被砂子和胶水的混合物封堵。
[0024]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述切缝管为三切缝管或四切缝管。
[0025]另一方面，本专利技术提供一种采用如上任一所述的多切缝药包爆炸裂纹面扩展定量分析试验系统的试验方法，所述方法的步骤包括：
[0026]S1、将多切缝药包置于有机玻璃块体内并封堵炮孔，得到爆炸裂纹模型体；
[0027]S2、将爆炸裂纹模型体固定在加载架上并调整好位置，并保证多切缝药包的引线与起爆器连接；
[0028]S3、打开第一激光器和第二激光器，并保持半小时以上，确保光源稳定；
[0029]S4、打开第一相机、第二相机，完成聚焦和采样参数设置；
[0030]S5、采用起爆器引爆多切缝药包，同时采用第一相机和第二相机进行爆炸过程的图像采集。
[0031]与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本专利技术可以定量的分析三维模型中裂纹面的扩展过程，以激光器作为光源，高速相机作为记录装置，场镜提供平行光场，实验时只需改变高速相机的拍摄参数可对有机玻璃三维模型两个维度的爆炸裂纹面扩展过程进行实时监测。为追溯爆生气体对爆炸裂纹的驱动作用，在炮孔与药包之间均匀填充一层彩色粉末，可研究炸药起爆后，爆生气体驱动彩色粉末楔入爆生裂纹面扩展机理。
[0032]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多切缝药包爆炸裂纹面扩展定量分析试验系统，其特征在于，所述系统包括：光路采集子系统、爆炸裂纹模型体、加载架和起爆器；所述加载架，用于固定所述爆炸裂纹模型体，实现爆炸裂纹模型体的上下左右移动，以调节模型在光路中的位置；所述爆炸裂纹模型体，为内置有多切缝药包的有机玻璃块体，用于爆炸得到待分析的裂纹样品；所述起爆器，与所述爆炸裂纹模型体中的多切缝药包连接，用于引爆所述爆炸裂纹模型体内的多切缝药包；所述光路采集子系统，包括光路模块和采集模块；所述光路模块用于产生满足图像采集的光线；所述采集模块用于采集爆炸裂纹数据。2.根据权利要求1所述的多切缝药包爆炸裂纹面扩展定量分析试验系统，其特征在于，所述多切缝药包包括切缝管、爆炸药包和彩色粉末；所述爆炸药包置于所述切缝管内，所述彩色粉末填充在所述爆炸药包和所述切缝管之间。3.根据权利要求1所述的多切缝药包爆炸裂纹面扩展定量分析试验系统，其特征在于，所述光路模块包括第一光路组件和第二光路组件；所述第一光路组件包括第一激光器、第一扩束镜、第一平凸镜和第二平凸镜；所述第一平凸镜和所述第二平凸镜分设于所述爆炸裂纹模型体的两侧；所述第一激光器与所述第一扩束镜设置在所述第一平凸镜的同一侧；所述第一激光器、所述第一扩束镜、所述第一平凸镜和所述第二平凸镜依次光连接，形成第一光路；所述第二光路组件包括第二激光器、第二扩束镜、第三平凸镜和第四平凸镜；所述第三平凸镜和所述第四平凸镜分设于所述爆炸裂纹模型体的另外两侧；所述第二激光器与所述第二扩束镜设置在所述第三平凸镜的同一侧；所述第二激光器、所述第二扩束镜、所述第三平凸镜和所述第四平凸镜依次光连接，形成第二光路；所述第一光路和所述第二光路处于同一水平面且彼此垂直，两个光路的交点处设有所述爆炸裂纹模型体。4.根据权利要求3所述的多切缝药包爆炸裂纹面扩展定量分析试验系统，其特征在于，所述采集模块包括第一采集模块和第二采集模块；所述第一采集模块包括第一相机和第一计算机；所述第一相机与所述第二平凸镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洋，赵冠祎，赵勇，王渝，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：