静爆场冲击波测试系统动态特性与布点优化研究

摘要

爆炸冲击波参数是判断战斗部毁伤威力的主要依据，测试数据的准确性和有限测点数据重建冲击波场的完整性直接影响到对武器弹药性能的准确评估。 本文的研究目的是通过有限测点获取到准确且更多的冲击波场超压信息，为冲击波场重建提供数据基础。以现有的冲击波测试记录仪为基础，从测试记录仪性能优化入手，研究了压电式压力传感器适配器截止频率对冲击波测试的影响，结合测试记录仪动态特性与冲击波信号特征，对整个测试系统进行了动态特性补偿，提高系统测试准确度；同时为了更好的利用有限测点捕获到准确的冲击波场信息，对测试点的布设与布局优化进行了研究。 通过对压电适配器电路的分析，得到其对应的传递函数，利用Brode衰减经验公式构建出不同上升时间和不同正压时间的冲击波理想信号，使用MATLAB软件进行仿真，改变适配器参数获得不同截止频率条件下适配器对冲击波测试的影响规律，发现在适配器高通截止频率小于0.09Hz，低通截止频率大于150kHz时，冲击波信号经过适配器后峰值、比冲量和正压作用时间3个关键参数的误差绝对值均小于2%。利用激波管产生的阶跃信号激发出测试装置的动态特性，通过径向基函数神经网络对测试系统进行辨识，并利用理想冲击波信号和径向基函数对测试系统进行离线补偿，取得了较好的校正效果。通过ANSYS/LS-DYNA软件仿真传感器安装平面与地面相对高度对测试的影响，发现相对高度在±1cm以内时误差小于2%，为装置布设提供参考依据。基于理想冲击波场的假设，提出了一种基于粒子群算法的冲击波测试布点优化方案，该方案以实际测试布点方式、测试误差和装置损坏情况作为依据，将有限测点反推出的峰值与理想峰值的平均误差作为适应度函数，利用粒子群算法进行全局搜索，得到装置最优布局。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1冲击波信号测试研究现状

1.2.2测试装置动态补偿研究现状

1.2.3测试装置布点优化研究现状

1.3论文研究内容与结构安排

2 冲击波传播特性及传感器适配电路的研究

2.1引言

2.2爆炸冲击波的形成与传播特性

2.2.1爆炸冲击波的形成

2.2.2 冲击波传播特性

2.3冲击波主要参数

2.4冲击波峰值衰减规律

2.5压电适配器对冲击波测试的影响

2.5.1冲击波信号频率特性分析

2.5.2适配电路传递函数

2.5.3压电适配器截止频率对冲击波信号的影响

2.6本章小结

3 冲击波测试系统的动态补偿研究

3.1引言

3.2 测试系统动态特性

3.2.1系统特性数学描述方程

3.2.2测试系统动态性能指标

3.3测试系统动态补偿原理

3.4基于径向基函数网络的系统动态补偿

3.4.1径向基函数神经网络原理

3.4.2径向基网络系统辨识算法

3.4.3激波管工作原理

3.4.4测试系统辨识与补偿

3.5本章小结

4 冲击波测试优化布点

4.1 引言

4.2传感器安装平面相对高度对测试的影响

4.2.1有限元分析

4.2.2传感器安装平面高度对测试的影响

4.3传感器优化布局理论

4.4优化布局算法选择

4.5粒子群算法原理及优化

4.6理想爆炸场测点布局优化

4.6.1理想爆炸场模型

4.6.2适应度函数

4.6.3 基于粒子群算法的布点优化

4.7本章小结

5 试验及测试数据分析

5.1近地场爆炸试验

5.2冲击波实测数据动态补偿分析验证

5.3传感器安装面高度对比试验数据分析

5.4本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢